Le carbone existe dans la nature sous trois isotopes, ¹²C (à 98,9%), ¹³C (à 1 ,1%), ¹⁴C (à une proportion infime de 10^-12 ).

Le troisième isotope est radioactif, avec une demi-vie d’environ 5 600 ans ; il aurait disparu depuis longtemps s’il n’était produit en permanence dans la haute atmosphère, par réaction entre un neutron et un atome d’azote.

Non seulement ¹⁴C est donc régénéré en permanence dans l’atmosphère, mais on observe que la proportion donnée ci-dessus de ¹²C, ¹³C et ¹⁴C est constante dans la nature, dans l’atmosphère ou dans les organismes vivants, traduisant un équilibre des échanges entre les organismes vivants et leur environnement.

 

Si l’on prend donc un organisme vivant (arbre par exemple), le rapport ¹⁴C/C reste constant à environ 10^-12 tant que cet organisme vit. Si cet organisme meurt, il cesse tout échange carbonique avec l’extérieur, les quantités de ¹²C et ¹³C qu’il contient se figent ; en revanche la quantité de ¹⁴C qu’il contient diminue par radioactivité (seul ¹⁴C est radioactif). Le rapport ¹⁴C/C devient inférieur à 10^-12, ce qui compte tenu de la connaissance de la radioactivité de ¹⁴C (par exemple au bout de 5600 ans, il reste une quantité de ¹⁴C égale à 0,5*10^-12),  permet de dater la mort de cet organisme.