Conhece-se por termoluminiscencia a toda a emissão de luz, independente daquela provocada pela incandescencia, que emite um sólido aislante ou semiconductor quando é aquecido. Trata-se da emissão de uma energia previamente absorvida como resultado de um estímulo térmico. Esta propriedade física, presente a muitos minerales, é utilizada como técnica de datación.
Em general, os princípios que governam a termoluminiscencia são essencialmente os mesmos daqueles responsáveis por todos os processos luminiscentes e, desta forma, a termoluminiscencia é um dos processos que compõem o fenómeno da luminiscencia.
Conquanto a primeira menção clara foi feita por Alberto Magno em 1998 ao descrever a luz emitida por um diamante aquecido, o primeiro trabalho reconhecido cientificamente no que se descreve um processo termoluminiscente foi realizado por Robert Boyle em 1663 para o Register of the Royal Society de Londres, no qual descreve a estranha emissão de luz proveniente de um diamante que tinha levado consigo à cama. Aquecendo-o posteriormente mediante outros métodos mais convencionais, por atrito ou lume, observou que o fenómeno se repetia.
No século XVIII deram-se diferentes explicações mais ou menos afortunadas, descobrindo-se que a termoluminiscencia se reactivava por exposição à luz. Começava-se já a pensar que o calor estimulava a emissão, mas não que fosse a causa. Ao longo do século XIX, com a descoberta dos raios X, observou-se que esta radiación gerava termoluminiscencia em certos minerales como as fluoritas.
Marie Curie, em sua tese doctoral de 1904 , diz: "certos corpos, tais como a fluorita, se voltam luminosos ao ser aquecidos: são termoluminiscentes. Sua luminosidade desaparece após um tempo, mas sua capacidade de emissão, apagada pelo calor, renova-se por médio de uma chispa e também pela acção da radiación."
A termoluminiscencia era já um fenómeno experimentalmente controlado, mas o fundamento teórico do processo não se desenvolveu até a chegada da mecânica cuántica, a qual estabeleceu a concepção teórica moderna.
A técnica arqueológica de datar cuarzo chama-se-lhe datación por termoluminiscencia. A radiación da terra desde o espaço (os raios cósmicos) produz mudanças na estrutura cristalina do cuarzo que se acumula com o tempo. Quando se aquece cuidadosamente o cuarzo, a estrutura cristalina volta à normalidade, mas quando o faz, emite luz. Quanto mais tempo têm sido radiados, mais luz emitem os grãos de cuarzo. Ao medir as longitudes de onda, e compará-las com elementos previamente datados, pode-se obter o tempo que tem estado exposto à intemperie o cuarzo, um dos elementos mais comuns da corteza terrestre.