O carbono (C) é um elemento muito abundante, importante e presente em todos os seres vivos. O tipo de carbono mais frequente na natureza possui 6 prótons e 6 nêutrons e é chamado de carbono-12. Ele representa cerca de 99% do carbono da atmosfera da Terra. Outra forma (isótopo) é o carbono-14 (com 6 prótons e 8 nêutrons), que ocorre em quantidades muito pequenas. Ambos isótopos de carbono estão presentes nas moléculas de CO2 (gás carbônico) da atmosfera terrestre. O CO2 atmosférico é absorvido pelas plantas, as quais, por meio da fotossíntese e por outros processos, produzem moléculas orgânicas contendo carbono. Os animais ao ingerirem as plantas também adquirem os dois isótopos de carbono presentes nas moléculas orgânicas das plantas. O carbono-14 é continuamente formado na atmosfera e as plantas e animais estão a todo momento reciclando esse carbono.
Ao contrário do carbono-12, o carbono-14 é instável e emite radiação. Quando uma planta ou animal estão vivos, o nível de carbono-14 é constante. No entanto, após as suas mortes eles param de trocar carbono com o ambiente e, a partir daí, a quantidade de carbono-14 que eles contêm começa a diminuir por decaimento radioativo. Quando o isótopo de carbono-14 decai, ele se transforma em nitrogênio-14 (N-14), pela emissão de uma partícula beta (β). Nesse processo, um nêutron é convertido em próton, elétron e antineutrino (ver figura à esquerda).
O isótopo de carbono-14 tem um tempo de meia vida (isto é, o tempo necessário para que se reduza pela metade) de 5.730 anos. Dessa forma, pode-se estimar a idade de um fóssil ou qualquer tipo de material orgânico.
A técnica do carbono-14 é limitada, pois conforme esse elemento vai decaindo, chega um determinado momento que a sua massa se torna muito pequena, sendo difícil de ser quantificada. As datas mais antigas que podem ser medidas com segurança por esse processo são de aproximadamente 50.000 anos atrás. Por isso, a datação de fósseis mais antigos - como os dinossauros - são feitas por outro método, utilizando a datação das rochas associadas.
