Mechanizm metody termoluminescencyjnej W ceramice znajdują się drobne ziarna minerałów o własnościach termoluminescencyjnych. Minerały te są pobudzane promieniowaniem tła, a pobudzone po podgrzaniu świecą. Ilość wydzielonego światła jest proporcjonalna do pochłoniętego promieniowania jonizującego. Podgrzanie kasuje centra pobudzenia.
W geologii używana jest do datowania ostatniej ekspozycji osadu na światło słoneczne lub transportu powodującego tzw. wyzerowanie próbki. Datowanie wykonuje się dla ziarn kwarcu najczęściej z przedziału 63-45 µm w utworach eolicznych lessach i piaskach wydmowych rzadziej w osadach fluwialnych. Założeniem metody jest określenie dawki geologicznej promieniowania kosmicznego i pierwiastków promieniotwórczych tła, pochłoniętej przez osad od jego ostatniego kontaktu ze światłem słonecznym lub epizodu transportu. Metoda ta jest coraz rzadziej stosowana w badaniach osadów czwartorzędowych. Powodem tego jest znaczny błąd metody sięgający 15% i zawężenie zastosowania w zasadzie tylko do osadów wulkanicznych (spełniających kryterium termicznego wyzerowania).