天然或者实验室条件下，晶体矿物（石英、长石等）受到核辐射作用产生电离，使得价带电子被导带附近的陷阱俘获，储存电离辐射能。当晶体受到光照作用时，陷阱电子吸收能量并进入导带，进而与空穴形成的释光中心复合，辐射型释光中心与陷阱电子作用所产生的能量就以光子的形式扩散出来，即为光释光。

在天然条件下，石英、长石等碎屑矿物在沉积前或沉积过程中经历了太阳光晒退作用，使释光信号（部分）归零。之后，矿物晶体接受周围环境铀、钍和钾等放射性元素提供的α、β粒子和γ射线以及部分宇宙射线的能量，开始积累电离辐射能（释光信号）。在百万年以来的地质历史上，相对铀、钍和钾的半衰期来说，可以认为晶体周围环境的剂量率为一恒定值。因此，以光释光信号为基础，在实验室内通过获得晶体积累的能量（等效剂量）及其环境剂量率来确定样品最后一次的受光照事件的年龄。

光释光测年是在热释光测年的基础上发展起来的，于1985年首次提出后不断发展，尤其是21世纪初，单片再生法的提出成为光释光测年技术发展的一个重要里程碑，极大提高了光释光测年精度。该技术仅用一个测片完成所有测量，降低了样品用量，缩短了测量时间。光释光方法从粒度组分上可以分为粗颗粒法和细颗粒法，从测片多少上可以分为简单多片法、单片再生法及单颗粒法等，从释光信号上可以分为红外释光和蓝光释光等。光释光测年技术可以测量风沙沉积物、粉尘堆积物、水成沉积物、火山烘烤层、洪积或坡积物、泥石流堆积物等沉积物的沉积时代，在古气候环境、地貌、新构造活动等地学研究方面具有重要的支撑作用，有力地推动了第四纪地质科学的发展。