Ряд родственных по своей природе методов датирования основан на том, что на многих материалах за время, пока они находятся в земле, образуется отличающийся от них химически и физически наружный слой. Например, на внешней поверхности обсидиана (вулканического стекла) образуется слой гидратированного кремнезема: толщина этого слоя зависит от температуры и особенностей состава самого обсидиана. Если установлена интенсивность гидратации данного сорта обсидиана в местных условиях, можно определить дату образца в интервале между 120 000 до н.э. и нашим временем. Измерение толщины гидратного слоя производится оптически - с использованием поляризационного микроскопа.

Одним из немногих методов датирования, применимых при изучении некоторых разновидностей памятников наскального искусства, является датирование по катионному показателю. В некоторых регионах на скалах образуется поверхностная патина (темный блестящий налет из окислов металлов, возникающий со временем от внешних воздействий). В этой патине содержится более или менее постоянная концентрация оксида титана и постепенно уменьшающаяся концентрация оксидов кальция и калия, поскольку эти последние легче растворяются в воде. Соответственно, измерив количество этих веществ в патине, покрывающей наскальное изображение, и вычислив, какое время требовалось для сложения данной их пропорции, можно определить его дату. Считается, что для каждого региона характерна также своя интенсивность выщелачивания скальной породы, что может служить для целей датирования. Эксперименты в области использования этого метода углубили нижнюю хронологическую границу сферы его применения на несколько сотен тысяч лет.

Датирование с применением нескольких методов. Каждый из описанных методов датирования в принципе чреват возможностью получения неверной даты вследствие случайности, небрежности или влияния нераспознанных искажающих факторов. Поэтому археологи обычно стараются датировать изучаемые ими памятники разными методами, чтобы уменьшить вероятность ошибки.