Πριν από την ανακάλυψη της ραδιομετρικής χρονολόγησης στις αρχές του 20ού αιώνα, η οποία παρείχε ένα μέσο απόλυτης χρονολόγησης, οι αρχαιολόγοι και οι γεωλόγοι χρησιμοποίησαν τη σχετική χρονολόγηση για τον προσδιορισμό της ηλικίας των αρχαιολογικών ή γεωλογικών υλικών. Αν και η σχετική χρονολόγηση μπορεί να καθορίσει μόνο τη διαδοχή με την οποία συνέβη μια σειρά γεγονότων και όχι το πότε συνέβη, παραμένει χρήσιμη ως τεχνική. Η σχετική χρονολόγηση από βιοστρωματογραφικά δεδομένα είναι η προτιμώμενη μέθοδος στην παλαιοντολογία και είναι, από ορισμένες απόψεις, ακριβέστερη[1].
Στη σύγχρονη αρχαιολογική πρακτική η σχετική χρονολόγηση (χρονοσειρά, υπέρθεση και στρωματογραφία) είναι η ραχοκοκαλιά της αρχαιολογικής έρευνας[2]. Βασίζεται στην αρχή της επαλληλίας και συνίσταται στη δημιουργία μιας χρονοσειράς μεταξύ των διαφόρων αρχαιολογικών δεδομένων, με την ταξινόμησή τους σε μια χρονολογική ακολουθία. Αυτή η χρονολογική ακολουθία αποτελεί το βασικό πλαίσιο, για τον προσδιορισμό της σχετικής ηλικίας νεότερων δεδομένων στη διαδικασία ανασύνθεσης μιας ακολουθίας φάσεων και γεγονότων σε μια αρχαιολογική θέση[3].
Στις αρχαιολογικές μεθόδους σχετικής χρονολόγησης περιλαμβάνεται η στρωματογραφία και η τυπολογία, μέσω των οποίων παράγονται αντίστοιχες ακολουθίες. Η στρωματογραφία παρέχει τη δυνατότητα κατασκευής σχετικών χρονοσειρών των στρωμάτων και των περιεχομένων τους σε μια αρχαιολογική θέση[4].
Οι αρχαιολόγοι χειρίζονται τη μεταβλητότητα των τεχνέργων μέσω της τυπολογίας, της ταξινόμησης δηλαδή των τεχνέργων σε τύπους[5]. Το ερώτημα τι είναι η τυπολογία σχετίζεται άμεσα με το ερώτημα τι είναι τύπος. Ορισμένοι θεωρούν ότι είναι ομάδα παρόμοιων πραγμάτων, άλλοι ότι είναι ιδέα ή ομάδα ιδεών περί της ομοιότητας των πραγμάτων. Άλλοι θεωρούν ότι είναι λέξεις που περιγράφουν τα πράγματα και την ομοιότητά τους[6]. Και οι τρεις ορισμοί είναι αποδεκτοί στην επιστημονική συζήτηση για την τυπολογία. Ο τύπος με την πληρέστερη έννοιά του αποτελείται από πράγματα, μαζί με τις ιδέες μας για τα πράγματα, όπως επίσης και από τις λέξεις ή τις εικόνες με τις οποίες εκφράζουμε αυτές τις ιδέες[7].
Με την ανάπτυξη των στατιστικών εργαλείων και της αριθμητικής ταξινόμησης χρησιμοποιήθηκαν μαθηματικές μέθοδοι για την κατασκευή τυπολογιών. Αυτές οι τεχνικές παρέχουν τη δυνατότητα σύγκρισης των βαθμών συνέπειας μεταξύ των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών των τεχνέργων. Οι συντελεστές συσχέτισης που δημιουργούνται από αυτές τις μεθόδους βοηθούν τους αρχαιολόγους να διακρίνουν μεταξύ σημαντικών και ασήμαντων ομοιοτήτων μεταξύ των τεχνέργων[8]. Συνειδητά ή ασυνείδητα οι ονομασίες που αποδίδουν οι αρχαιολόγοι σε κάθε τύπο είναι δυνατόν να επηρεάσουν την επιλογή των οντοτήτων (π.χ. τεχνέργων) που αποδίδονται σε κάθε τύπο. Για αυτό οι ονομασίες ανόμοιων τύπων θα πρέπει να επιλέγονται προσεκτικά[9].
Η μέθοδος σχετικής χρονολόγησης με βάση την τυπολογία στηρίζεται στην αρχή ότι τα τέχνεργα ταξινομούνται σύμφωνα με την αντιληπτή ή μετρήσιμη ομοιότητα μεταξύ των παρατηρούμενων δεδομένων και των συγκεκριμένων αναλυτικών μονάδων, που ονομάζονται τύποι. Εδώ οι τύποι είναι συσσωρεύσεις διαγνωστικών χαρακτηριστικών που καταγράφονται σε ένα συγκεκριμένο σημείο δειγματοληψίας, σε μια συγκεκριμένη στιγμή. Επομένως, η ομοιότητα βασίζεται στην ποιότητα ή την ποσότητα διαγνωστικών ιδιοτήτων που μοιράζονται οι τύποι και τα δεδομένα[10].
Στηρίζεται, επίσης, σε μια δεύτερη αρχή της βαθμιαίας αλλαγής των χαρακτηριστικών των τεχνέργων διαμέσου του χρόνου. Επομένως, βάσει των χαρακτηριστικών τους ταξινομούνται σε μια εξελικτική σειρά, για παράδειγμα από τον απλούστερο προς τον συνθετότερο τύπο[11]. Προκύπτει, έτσι, μια τυπολογική ακολουθία ή χρονοσειρά, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σχετική χρονολόγηση οποιουδήποτε τεχνέργου παρουσιάζει ομοιότητες με κάποιο άλλο, που αποτελεί ήδη τμήμα της τυπολογικής ακολουθίας. Βέβαια, ο χρονολογικός προσδιορισμός της τυπολογικής ακολουθίας πρέπει να προσδιοριστεί με ανεξάρτητα μέσα, για παράδειγμα, με στρωματογραφικές παρατηρήσεις[12].
Οι σχετικά απλές μέθοδοι της κατασκευής τυπολογιών εξελίχθηκαν σε πολύπλοκες τεχνικές δημιουργίας εξελικτικών σειρών συχνότητας FST (frequency seriation techniques), οι οποίες βασίζονται στην αρχή ότι κάθε τύπος τεχνέργου φθάνει στο αποκορύφωμα της δημοτικότητάς του σε μια ορισμένη χρονική στιγμή και συνεπώς εμφανίζεται συχνότερα σε μία ομάδα (assemblage). Οι τεχνικές αυτές παριστούν γραφικώς τις συχνότητες του κάθε τύπου τεχνέργου διαμέσου του χρόνου[13]. Οι εξελικτικές σειρές συχνότητας χρησιμοποιούν σχετικές συχνότητες ή ποσοστά εμφάνισης τύπων τεχνέργων σε μια ομάδα για διαμορφώσουν μια σειρά ή αλληλουχία μεταξύ πολλών ομάδων[14].
Στο βαθμό που οι αρχαιολογικές θέσεις μιας γεωγραφικής περιοχής περιέχουν τύπους τεχνέργων με ισοδύναμη συχνότητα δημοτικότητας, τότε θεωρούνται ότι έχουν περίπου την ίδια ηλικία. Οι τεχνικές δημιουργίας εξελικτικών σειρών συχνότητας είναι χρήσιμες στη διασταυρωμένη χρονολόγηση (cross dating), όταν τύποι τεχνέργων μπορούν να χρονολογηθούν βάσει αντικειμένων που χρονολογούνται ασφαλώς, όπως τα νομίσματα. Η διασταυρωμένη χρονολόγηση επιτρέπει στους αρχαιολόγους να συγκρίνουν τα χαρακτηριστικά του εδάφους και τα τέχνεργα σε κάθε στρώμα για να καθορίσουν τη σχέση τους[15]. Μπορούν, επίσης, να χρησιμοποιήσουν τις εξαγωγές και εισαγωγές τεχνέργων για να επεκτείνουν τις χρονολογικές συνδέσεις μέσω διασταυρωμένης χρονολόγησης με άλλες περιοχές[16].
Προκειμένου να είναι ισχυρή η σειρά συχνότητας, πρέπει να πληροί τρεις προϋποθέσεις:
Η σχετική χρονολόγηση χρησιμοποιεί και μεθόδους φυσικών επιστημών, στις οποίες περιλαμβάνονται η παλαιοκλιματολογία και η ανάλυση πανίδας
Η παλαιοκλιματολογία είναι η μελέτη των κλιματικών διακυμάνσεων, για τις οποίες δεν έχουν γίνει συστηματικές μετρήσεις[19]. Χρησιμοποιεί μια ποικιλία μεθόδων για την απόκτηση δεδομένων που διατηρούνται σε βράχους, ιζήματα, φύλλα πάγου, δακτυλίους δένδρων, κοράλλια, κελύφη και μικροαπολιθώματα. Στη συνέχεια χρησιμοποιεί τα δεδομένα για τον προσδιορισμό της παρελθούσας κατάστασης των διαφόρων κλιματικών περιοχών της Γης και του ατμοσφαιρικού της συστήματος. Ο επιστημονικός τομέας της παλαιοκλιματολογίας έφθασε στην ωριμότητά του στον 20ό αιώνα. Οι μελέτες των παρελθουσών αλλαγών στο περιβάλλον και τη βιοποικιλότητα συχνά αντικατοπτρίζουν τις επιπτώσεις του κλίματος στις μαζικές εξαφανίσεις ειδών και τη βιοτική ανάκαμψη[20].
Ειδικότερα, η παλαιοκλιματική ανάλυση βασίζεται στην ανάλυση ισοτόπων οξυγόνου για τη χρονολόγηση ωκεάνιων ιζημάτων (που περιέχουν τα ασβεστούχα κελύφη των τρηματοφόρων μικροοργανισμών) και ιζηματογενών οριζόντων τήξης πάγου και στρωμάτων πάγου και στην ανάλυση κόκκων γύρεως ή παλυνολογία. Το μεγαλύτερο μέρος του σήματος δ18O στα βενθικά τρηματοφόρα (foraminifera) σχετίζεται με αλλαγές στην ισοτοπική σύνθεση των ωκεανών υπό την επίδραση του μεταβαλλόμενου όγκου του ηπειρωτικού πάγου[21]. Το δ18Ο είναι μέτρο της αναλογίας σταθερών ισοτόπων οξυγόνου-18 (18Ο) και οξυγόνου-16 (16Ο) και είναι σταθερή σύνθεση ισοτόπων[22].
Στην παλαιοκλιματική έρευνα συνεισφέρει επίσης η ανάλυση μικροπανίδας απολιθωμένων εντόμων και οστρακοειδών χερσαίων εδαφών και γλυκών νερών. Το φάσμα των μη-θαλάσσιων γεωλογικών μελετών που παρέχουν πληροφορίες σχετικές με την παλαιοκλιματολογία είναι σημαντικό, καθώς όλες σχεδόν οι ηπειρωτικές ιζηματογενείς αποθέσεις μεταφέρουν σε κάποιο βαθμό παλαιοκλιματικά σήματα, καθώς οι κατακρημνιστικές, παγετώδεις, λιμναίες και ποτάμιες κοιλάδες είναι συνάρτηση του κλίματος[23].
Από παλαιοκλιματική άποψη μία από τις σημαντικότερες ιδιότητες των εντόμων είναι η ικανότητά τους να καταλαμβάνουν σύντομα νέα εδάφη μετά από κλιματική βελτίωση. Παρέχουν έτσι έναν πιο ευαίσθητο δείκτη κλιματικής διακύμανσης από ό, τι τα φυτά, τα οποία έχουν πολύ πιο αργά ποσοστά μετανάστευσης. Τα κολεόπτερα, για παράδειγμα μπορούν να καταλάβουν και να εγκαταλείψουν μια νέα επικράτεια ανταποκρινόμενα σε ένα αξιοσημείωτο αλλά σύντομο θερμό διάστημα, ενώ δεν υπάρχουν αποδείξεις για τέτοια συμβάντα στα αρχεία γύρεως λόγω της υστέρησης στο χρόνο απόκρισης της βλάστησης[24].
Από τις διάφορες αυτές επιμέρους αναλύσεις προκύπτουν, με μορφή διαγραμμάτων, οι ανάλογες κλιματολογικές και περιβαλλοντικές χρονοσειρές, οι οποίες χρησιμοποιούνται από την αρχαιολογία για τη σχετική χρονολόγηση των αρχαίων πολιτισμών σε όλο τον πλανήτη[25].