S’appuyant sur des plateformes d’irradiation innovantes, plusieurs études interdisciplinaires ont vu le jour dès les années 60. Ainsi, en 1965, une nouvelle technique, la spectrométrie de masse en ligne sur faisceau d’accélérateur, est mise en place au CSNSM à Orsay. Elle ouvre notamment la voie à la datation par isotopes cosmogéniques – formés par le bombardement des rayons cosmiques à la surface de la Terre – tels que le béryllium 10, puis l’aluminium 26, le calcium 41 et l’iode 129. Il s’agit d’une première mondiale. La sensibilité de la méthode s’améliore, plusieurs laboratoires (CRN à Strasbourg, CSNSM et IPNO à Orsay, ISN à Grenoble, LPC à Clermont) se lancent dans la datation de petits échantillons, via le carbone 14 ou le béryllium 10 ou le chlore 15.
Cette technique permet de couvrir des datations sur des périodes non couvertes par les méthodes de datation classiques (carbone 14, rapport K/A). Elle est ainsi appliquée à la datation des pluies, des glaces antarctiques et des sédiments marins pour retracer l’histoire de la Terre jusqu’à 15 millions d’années. En parallèle, le développement de la datation par thermoluminescence démarre au CRN et au LPC, pour les âges compris entre 10000 ans et plusieurs centaines de milliers d’années, ainsi que la datation par activation neutronique au CSNSM.