Le plomb-uranium est l'un des schémas de datation radiométrique les plus anciens et les plus raffinés.

Il peut être utilisé dans une fourchette d'âge allant d'environ 1 million d'années à plus de 4,5 milliards d'années. La précision est de l'ordre de 0,1 à 1 %.

La méthode repose sur deux chaînes de désintégration distinctes, la série uranium de 238U à 206Pb, avec une demi-vie de 4,47 milliards d'années et la série actinium de 235U à 207Pb, avec une demi-vie de 704 millions d'années.

L'existence de deux voies de désintégration "parallèles" de l'uranium et du plomb permet plusieurs techniques de datation dans le système U-Pb global.

Le terme "datation U-Pb" implique normalement l'utilisation couplée des deux schémas de décomposition. Cependant, l'utilisation d'un seul schéma de désintégration (généralement 238U à 206Pb) conduit à la méthode de datation par isochrones U-Pb, analogue à la méthode de datation au rubidium-strontium.

Enfin, les âges peuvent également être déterminés à partir du système U-Pb par la seule analyse des rapports isotopiques Pb. C'est ce qu'on appelle la méthode de datation au plomb. Clair Cameron Patterson, un géochimiste américain qui a été le premier à étudier les méthodes de datation radiométrique uranium-plomb, est célèbre pour l'avoir utilisée afin d'obtenir l'une des premières estimations précises de l'âge de la Terre.