Grundlage des 40Ar/39Ar -Datierungs-Verfahrens ist die natürliche Radioaktivität eines Isotops des Elements Kalium, das einen Grundbestandteil magmatischer, metamorpher und sedimentärer Gesteine bildet. Der Zerfall des Kalium-Isotops 40K (Halbwertzeit = 1.28 *10^9 Jahre) produziert das stabile (Edelgas) Argon-Isotop 40Ar, das Verhältnis dieser Mutter/Tochter-Isotope ist eine Funktion der Zeit.Vulkaneruptionen z.B. befördern aus Silikatschmelze, Gasen und Kristallen bestehendes Magma schlagartig auf die Erdoberfläche und in die Atmosphäre. In der Lava und Tephra befindliche Kristalle kühlen ab und stellen dann für Argon Isotope ein geschlossenes System dar. Der Zerfall des 40K und die Ansammlung des radiogenen 40Ar repräsentieren eine geologische Uhr in den Gesteinen, die auf den Zeitpunkt der Abkühlung von magmatischen Temperaturen (> 700°C) auf Umgebungstemperaturen gestellt ist. Um das Alter, d.h. die Zeitspanne seit der Eruption, mit dem 40Ar/39Ar -Verfahren bestimmen zu können, werden kaliumreiche Kristalle oder Gesteinsstücke von der Gesamtprobe separiert und gereinigt. Dann werden die Proben in einem Reaktor mit schnellen Neutronen beschossen, wodurch die Umwandlung des Kalium-Isotops 39K (stellvertretend für 40K) in das Argon-Isotop 39Ar induziert wird.
Durch Aufschmelzen dieser bestrahlten Proben, beispielsweise mit einem Laser, kann man die enthaltenen Gase freisetzen und mittels Vakuum auffangen um sie anschliessend in einem Massenspektrometer zu analysieren.Um das Alter errechnen zu können, wird mit einem Edelgasspektrometer das Häufigkeitsverhältnis der Argon-Isotope gemessen.
Nach der Ermittlung der zur Altersberechnung notwendigen Bestrahlungsparameter über Monitore kann dann, anhand der 40K-Zerfallskonstanten, die Dauer des radioaktiven Zerfalls des Kaliums 40K in der Probe, und damit das Alter der Probe, berechnet werden.
Mit entsprechendem geeignetem Probenmaterial lässt sich das Verfahren in einem weitem Altersbereich von wenigen zehntausend Jahren bis zu Milliarden Jahren anwenden, und dies bei Genauigkeiten der ermittelten Alter von bis zu 0.1% relativ.
