自然界里碳有3种同位素即12C、13C和14C。其中14C具有放射性，半衰期为5730年。自然界各种同位素的百分含量保持不变。以碳元素为基体的生物材料活着时会不断从空气中吸收二氧化碳、从食物中摄取碳的化合物，因此体内含的各种碳的同位素的相对量与自然界的固有值相同（此同位素值称为同位素丰度）。
当生物体死亡后，14C发生放射性衰变，因而生物体中14C的含量逐渐减少，而12C、13C则不会衰变，这样14C与12C的比值就发生改变。例如一生物遗骸的化石中含12C为A克，按同位素比值计算14C含量应为B克，但实测得14C只有1B/16克，这样便可推断此古物已死去4×5730=22920年。
由于14C的原始含量极低，且半衰期又不很长，所以用此法只能测到5万～6万年内的出土文物。对于年代更为久远的古物，如周口店的北京猿人遗物，由于14C含量极微，则无法测量出14C的含量。