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우라늄 화합물은 해수에 잘 녹는 반면 토륨 화합물은 거의 녹지 않기 때문에, 해수 내 우라늄의 붕괴에 의해 생성된 토륨 동위원소들은 곧 침전되어 퇴적물에 섞이게 된다.

토륨 동위원소 가운데 하나인 토륨-230(²³⁰Th：이오늄)은 반감기가 대략 8만 년쯤 되므로 연령이 40만 년 정도인 퇴적물의 연대측정에 알맞다. 따라서 퇴적물 내 이오늄의 양은 퇴적물의 대략적인 연대측정에 이용된다.

이오늄만으로 정확한 연대측정을 하려면 이오늄의 퇴적 속도가 시간에 따라 변화하지 않는다는 가정이 필요하지만, 많은 퇴적물에서 이와 같은 가정은 적용되지 않는다. 해수 내의 ²³²Th 역시 침전되며 이오늄과 ²³²Th 의 비율이 감소되는 것을 이용해 연대측정을 할 수 있다. 이 방법은 이오늄의 퇴적속도가 일정할 필요가 없으며 단지 이 두 동위원소가 일정한 비율로만 침전되면 된다.

이오늄-토륨 연대측정법은 다음과 같은 가정하에서 유효하다. ① 해수 중의 ²³⁰Th(이오늄)과 ²³²Th의 비율이 측정하려는 시료들의 연령기간 동안에는 일정하다. ② 침전작용중에는 이오늄과 토륨의 화학적 분별작용이 없어서 일정한 비율로 침전된다. ③ 퇴적물 내에 상당한 양의 ²³⁰Th과 ²³²Th을 함유한 쇄설성 물질이 없다. ④ 퇴적 후 토륨 동위원소들이 퇴적물 내에서 이동하지 않는다. 이와 같은 가정들이 충족될 때 해양퇴적물의 정확한 연대를 측정할 수 있다.