考古產地研究
由於歷史上曾發生過的種種事件，導致今天發掘的考古文物地點有時並不是其真正產地。為此可用靈敏度高、準確度好、基體效應小、具備不破壞性分析和多元素分析能力的中子活化分析技術、同步輻射分析方法等，通過分析考古樣品的化學組成，對其產地作出科學判斷。中子活化方法由於其準確度高，在國際比對分析中常被用作仲裁分析方法。此法靈敏度高，取樣量很小，而且已實現對微克級考古樣品的分析，因此特別適用於稀有文物的分析。另一種值得指出的核分析方法是瞬發γ中子活化分析法，該法利用反應堆引出的冷中子束，可對長、寬、高達幾十厘米或更大的考古樣品進行不破壞性分析，因此在考古樣品組成分析中具有獨特作用。此外，X射線螢光分析、質子激發X射線分析和同步輻射X射線螢光分析基於同樣的原理，實驗方法亦具有相似性，在考古樣品組成分析中各有其套用特點，在青銅器、古陶瓷、古兵器等鑑定中具有重要作用。
考古年代測定
利用放射性核素“時鐘”測定考古樣品的年代。由於放射性核素的衰變性質是一種核性質，其半衰期僅與核結構有關，而與考古樣品存在環境的物理和化學性質基本無關，因此考古樣品的年代學實際上就是同位素年代學。其中套用最廣的是 C常規紀年法。常規測定考古樣品中 C含量的方法是用低水平β計數器測定 C原子核的衰變數目，由於該法的靈敏度低，因此需要大量的樣品，並作很長時間的測量，這對珍貴的考古樣品是不現實的。為此，建立了基於加速器質譜學的 C紀年法。由於該法測量的是 C的原子數目，因此分析靈敏度比常規 C法提高了幾個量級，從而供 C加速器質譜測定年代的樣品量可大大減小，一般只需幾十毫克，甚至幾毫克，測量時間亦大為縮短，同時還拓寬了年代測定範圍。另一類利用輻射劑量測定的非放射性核素紀年法，包括熱釋光法、電子自旋共振法和核徑跡法等，它們的原理相同，即樣品中由環境放射性產生的輻照效應與該樣品的輻照歷史（指樣品年齡及其環境的輻射物質量）相關。原則上這類紀年法可適用於相當寬的測年範圍，而在實際使用時，有許多干擾因素會影響測年誤差。
考古製作工藝研究
這類研究中常用穆斯堡爾譜學、離子束分析、瞬發γ射線分析等核技術，提供有關古冶金學、古陶瓷學等信息。基於原子核無反衝γ射線共振吸收效應的穆斯堡爾譜學，具有極高的能量解析度，利用該方法可測定樣品的晶格結構、有序度、缺陷、氧化態、電子組態、配體數目等科學資料。在穆斯堡爾譜學實驗中最常用的核素是 Fe，因此特別適用於古代鐵器樣品的研究。此外，還有 Sn、 Sn和一些稀土核素等可用作穆斯堡爾譜源，故對青銅器等文物的製作工藝研究亦有重要價值。這類研究的一個典型實例是，中國復旦大學和中國科學院上海原子核研究所利用離子束分析技術，研究了湖北江陵望山一號楚墓出土的越王勾踐劍，結果表明，在2,500年前，古代中國人在冶金和熱處理方面就已掌握了鉻化等先進處理工藝技術。
