Các phương pháp phát sáng là kỹ thuật mới nổi, hoạt động dựa trên hiện tượng gọi là bắt giữ điện tích trong mạng tinh thể của đá dưới tác dụng của phóng xạ nền ở lớp vỏ Trái Đất (còn gọi là phông phóng xạ). Phương pháp áp dụng để định tuổi tuyệt đối cho đá rắn, công cụ đá thời tiền sử và khối gốm, với độ chính xác cỡ 15 %.[17][18][19]

Lý thuyết về vùng năng lượng trong vật lý chất rắn xác định rằng trong cấu trúc tinh thể năng lượng điện tử lớp ngoài ở mức nằm giữa vùng hóa trị (valence band) và vùng dẫn (conduction band). Do khuyết tật hay tạp chất lúc kết tinh mà trong mạng chất rắn tồn tại những điểm không hoàn hảo. Với một số chất cách điện nhất định, như thạch anh, fenspat, oxit nhôm,... các bức xạ ion hóa năng lượng cao đập vào tinh thể tạo ra cặp điện tử-lỗ trống: Các điện tử trong vùng dẫn và lỗ trống trong vùng hóa trị. Các điện tử được kích thích vào vùng dẫn ở điểm không hoàn hảo có thể bị bắt giữ trong bẫy điện tử hoặc lỗ trống. Lượng điện tử bị bắt giữ tỷ lệ với cường độ liều chiếu và thời gian chiếu, và phản ánh liều chiếu tích lũy của khối vật chất.

Cường độ liều chiếu có giá trị tùy thuộc hàm lượng đồng vị phóng xạ trong đất đá ở vùng khảo sát, và thường cỡ 0.5 - 5 Gray/1000 năm. Việc đếm được số điện tử bị bắt giữ trong một đơn vị thể tích (hay mật độ điện tử bắt giữ), cho phép xác định ra liều chiếu tích lũy và từ đó tính ra thời điểm quá trình tích lũy bắt giữ bắt đầu, hay tuổi tuyệt đối của khối mẫu. Thời điểm này ứng với một trong hai trường hợp:

1. Nhiệt độ khối đá hạ xuống qua mức nhiệt 500 °C (nhiệt độ Curie của đất đá chủ yếu);
2. Khối đá ngừng được chiếu sáng hoặc nung nóng, thường ứng với công cụ đá được chôn vùi nằm yên trong di chỉ.

Phép đo đếm thực hiện kích thích các điện tử bị bắt giữ chuyển trạng thái, có thể thoát khỏi bẫy và chuyển lên mức năng lượng ở vùng dẫn. Từ vùng dẫn điện tử có thể tái hợp với các lỗ trống bị mắc kẹt trong bẫy. Nếu trung tâm với các lỗ trống là một trung tâm phát sáng (trung tâm tái tổ hợp bức xạ) thì sẽ xảy ra phát xạ ánh sáng. Các photon này được phát hiện bằng cách sử dụng một đèn nhân quang điện (PMT). Các tín hiệu từ đèn PMT được sử dụng để tính toán liều mà vật liệu đã hấp thụ.[20]

Trong ứng dụng nói chung kỹ thuật này được gọi là "Đo liều chiếu bằng phát sáng kích thích", và có hai phương cách kích thích:

• Trong phép Phát sáng kích thích nhiệt thì mẫu vật được kích thích bằng nung nóng theo trình tự nhất định đến nhiệt độ thích hợp.
• Trong phép Phát sáng kích thích quang học (viết tắt tiếng Anh là OSL, Optically Stimulated Luminescence) thì mẫu vật được kích thích bằng ánh sáng có bước sóng thích hợp.

Đo liều chiếu là kỹ thuật phổ biến trong kiểm soát an toàn bức xạ, như tại các nhà máy điện hay trung tâm nghiên cứu ứng dụng hạt nhân. Tuy nhiên ứng dụng vào định tuổi thì kỹ thuật lấy mẫu, bảo quản, đo đạc và giải thích tài liệu khá phức tạp, giá thành cao, nên chỉ một số trung tâm khoa học lớn trên thế giới mới có trang bị này.