Cette méthode a été mise au point à partir des travaux du physicien et chimiste irlandais Robert Boyle. En 1663, Sir Boyle (Lismore Castle 1627 - Londres 1691) observe une lueur en réchauffant un diamant dans l'obscurité. Il vient de mettre en évidence la thermoluminescence.

La thermoluminescence est la caractéristique de certains cristaux qui, lorsqu'on les chauffe, émettent de la lumière si, au préalable, ils ont été chargés par une irradiation naturelle ou artificielle. Plus la lumière émise est forte, plus la mise à zéro de l'objet étudié (par exemple une poterie), est ancienne.

Cette méthode permet théoriquement de remonter jusqu'à 700.000 ans. Cependant, la datation par thermoluminescence peut être sujette à caution. Le compteur temporel peut avoir été accidentellement remis à zéro, par exemple lors d'un incendie.