از روش‌های سریع، قابل اطمینان و البته گران برای تعیین چگالی خاک محل و اندازه‌گیری درصد تراکم آن می‌توان به آزمایش چگالی هسته‌ای اشاره کرد. این روش با اندازه‌گیری انتقال تشعشعات گاما از درون یک لوله حاوی مواد رادیواکتیو (مانند سزیم 137) و سنسورهای مخصوص، میزان تراکم ذرات خاک را تعیین می‌کند. روش آزمون آزمایش چگالی هسته‌ای در استانداردهای ASTM D6938 و AASHTO T310 آورده شده است.
مراحل کلی اجرای آزمایش چگالی هسته‌ای عبارت هستند از:
- راندن یک میله فولادی به درون خاک محل پروژه
- فرو کردن لوله حاوی مواد رادیواکتیو تا عمق حدود 30.5 سانتی‌متری حفره
- اندازه‌گیری نرخ انتقال تشعشعات به مدت یک دقیقه
هر چه نرخ انتقال بالاتر باشد، چگالی خاک پایین‌تر است. به منظور تبدیل این نرخ به چگالی واقعی از ضریب تعدیل استفاده می‌شود. علاوه بر روش انتقال مستقیم، روش دیگری نیز وجود دارد که در آن، نیازی به فرو کردن لوله حاوی مواد رادیواکتیو به درون خاک نیست. این روش با پراکنش تشعشات به درون زمین و دریافت انعکاس برگشتی آن‌ها به منبع (در سطح زمین)، میزان چگالی هسته‌ای را اندازه‌گیری می‌کند. البته روش پراکنش از دقت کمتری نسبت به روش انتقال مستقیم برخوردار است. با این وجود، هیچ آسیبی را به خاک وارد نمی‌کند.