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Mit den verfügbaren Methoden konnte die Geologie noch im 19. Jahrhundert nur eine relative Zeitskala aufstellen. Das tatsächliche Alter der Erde und die Dauer der Zeiteinheiten konnten nur abgeschätzt werden. Eine Berechnung z. B. Lord Kelvins von 1862 ergab ein Erdalter von 20 bis 40 Millionen Jahren. Nach der Entdeckung der Radioaktivität wurden radiometrische Methoden zur Altersbestimmung entwickelt, die es erlaubten, die relative geologische Zeiteinteilung absolut zu datieren.
Nikolaus Steno formulierte 1669 das Grundgesetz der Stratigraphie: Bei ungestörten Schichtfolgen liegen jüngere Schichten auf älteren. Eine andere Regel besagt, dass sich das Leben auf der Erde "einsinnig" entwickelt hat, dass sich die Formen nicht wiederholen. Auf der Grundlage dieser Prinzipien war es möglich, die Abfolge der Fossilien und Schichten aufzuzeichnen, in Profilen zusammenzustellen und über größere Räume zu vergleichen. Daraus ergab sich schließlich eine weltweite Einteilung der Erdgeschichte in vier große Zeitalter, Präkambrium, Paläozoikum, Mesozoikum und Känozoikum, und die weitere Untergliederung in Systeme oder Perioden.
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