铀系不平衡法（uranium disequilibrium dating method）是根据234 U/238 U比值测定地质年代的比较成熟的方法。鉴于234U的半衰期为2.48 X 10^5年，此法测定地质年代的范围为几万年到近百万年。在年轻的地质建造中，铀同位素234 U/238 U的比值经常偏离平衡值，这提供了测定年龄的可能性。利用234U/238 U比值中234U的过剩，首次在骨头化石的海洋珊瑚中获得了一批数据，此后，用该法测定过内陆湖的年龄，并应用铀同位素比值探讨内陆湖的成因。应用铀系不平衡法测定年龄，必须了解初始234U/238 U的比值。某些地球化学作用能够迁移放射性同位素，破坏铀同位素的原始组成，因而必须保持被研究对象在整个形成过程中由同一同位素组成，在这个前提下才能测得234 U/238 U的初始比值。在自然条件下，同位素迁移之大，致使不少第四纪样品不宜于年龄测定，这使该法的应用受到一定的限制。值得注意的是，铀系不平衡法的定义尚未统一。一些学者认为,除234 U/238 U比值外，还应包括Io（230Th）231Pa以及Ra同位素，甚至包括Th衰变系列的同位素。也有称上述方法为铀系法的。