La datación directa ofrece la ventaja de minimizar la incertidumbre inherente procedente de la correlación entre diferentes niveles o de la asociación del sedimento con el material arqueo-paleontológico, que a veces no son claras o solo pueden proporcionar edades mínimas y/o máximas para los fósiles debido a limitaciones estratigráficas.

Esta línea de investigación emplea principalmente dos métodos de datación: las series del Uranio (U-Th), utilizado solo o en combinación con la Resonancia Paramagnetica Electronica (ESR). Ambos métodos pueden aplicarse de forma rutinaria no solo a huesos y dientes fósiles de grandes mamíferos, sino también a restos fósiles de gran valor. En el primer caso, el procedimiento estándar se basa en análisis U-Th en solución en combinación con medidas ESR de polvo de esmalte, mientras que la datación de fósiles humanos requiere un protocolo más avanzado basado en análisis U-Th de alta resolución por ablación láser (LA) junto con medidas ESR de fragmentos de esmalte. El segundo protocolo, más complejo y lento, tiene la ventaja de minimizar el daño causado a los fósiles, un gran desafío a la hora de fechar muestras tan valiosas.

Las dataciones, basadas en el procedimiento estándar o más avanzado, se centran en huesos y dientes fósiles de yacimientos arqueo-paleontológicos ubicados en varios continentes y que cubren el Pleistoceno entero (inferior, medio y superior): Europa (por ejemplo, Orce, Atapuerca , Bolomor, Cueva Negra), Asia (p. Ej., Khok Sung, Ngalau Sampit; Ngalau Gupin), Arabia (p. Ej., Desierto de Nefud), Israel (p. Ej., Mislyia), Oceanía (p. Ej., Lago Callabonna; Chichilla) y África (p. Ej. Gona, Ain Boucherit).

En particular, en los últimos cinco años, se han datado directamente varios especímenes fósiles humanos claves, como el Homo naledi, un posible antepasado del Homo florensiensis en Mata Menge, el Homo sapiens más antiguo encontrado fuera de África, el Homo antecessor de Atapuerca Gran Dolina, o la falange de Homo sapiens de Al Wusta (Arabia Saudita).

Los desarrollos metodológicos son esenciales para mejorar la fiabilidad, precisión y estandarización de los métodos de datación numérica. Incluyen, entre otros:

- El desarrollo de un procedimiento de preselección para diferenciar los dientes fósiles adecuados de los no adecuados para su datación ESR. Este procedimiento se basa en el uso de análisis U-Th por LA para identificar rápidamente fenómenos de lixiviación de uranio o valores altos de concentración de uranio en los tejidos dentales, criterios que normalmente impiden la aplicación del método ESR.

- La cuantificación del impacto del micro-CT en la datación ESR de fósiles. Esta técnica analítica, supuestamente no destructiva, se ha vuelto extremadamente popular en paleoantropología. Sin embargo, impacta de manera significativa el método de datación por ESR. Por eso se ha desarrollado un procedimiento específico para evaluar con precisión la dosis de rayos X absorbida por el fósil durante el escaneo micro-CT.

- Comparaciones cruzadas con otros métodos de datación numérica independientes que proporcionan dataciones directas (p. Ej., C-14) o indirectas (OSL, paleomagnetismo, radionúclidos cosmogénicos) para los fósiles.