原子有质子、中子和电子构成。由于元素的类型是由质子的数量决定的，所以同一元素的不同原子之间可以存在不同的种类，这些种类被称为同位素。例如，碳有6个质子，原子的平均重量是12.0107。就平均而言，核中还有6个中子。也可能含有更多的中子，例如7或8个。核心中有7个中子的同位素仍然是稳定的，但是有8个中子的碳原子就具有放射性，会发生衰变。这个原子的重量为14 (8个中子+ 6个质子)，因此被称为 14C (C-14)。这14C的半衰期为5700 (+- 30)年，意味着50%的14C将在大约5.700年内衰变为氮（14N）。

因为14C是一种不稳定的同位素，所以在自然界中不会大量的存在。然而，在9至15公里高度的大气中，宇宙辐射与现有的氮原子相互作用，将14N持续转变为14C。再加上14c持续衰变回到14N，这样就会导致14C浓度与稳定12C浓度之间的自然平衡。每万亿12C原子大约有一个14C原子。

碳14衰变和生成的物理学:①表示14N和宇宙辐射产生14C, ②表示14C的放射性衰变，③表示不同同位素的近似浓度。

与碳14的衰变速率相比，大气中的气体粒子反应得速度相对较快。因此，如果一个重量为14的碳原子与一个氧原子反应生成二氧化碳，然后被一个有机体吸收，那么我们就可以假设这个有机体体内的14C和12C的平衡与大气中的一样。在有机体的整个生命周期中，它们都在与环境交换碳，其平衡就几乎等同于大气的平衡。

当有机体死亡时，它就停止与环境交换碳原子。只有14C的衰变还在继续发生。假设你在地下深处发现了一块未知年代的木头。你可以测量碳14原子的放射性辐射。如果你发现这种辐射只有大气中14C浓度的一半，那么你就可以推断这块木头已经有5.700年的历史了。请注意，你测量的年龄是有机体停止与环境交换碳的年龄!所以这也是有机体死亡的时间。