碳定年法的作用原理是：碳是大气、地球、海洋和任何生物体内大量存在的自然元素。
碳-12是最常见的同位素，约1兆碳原子中只有一个碳-14。在上层大气中当氮-14（N-14）由于宇宙射线轰击发生改变就产生碳-14（一个质子被中子所代替，有效地将氮原子变成碳的同位素）。这种新的同位素被叫做“放射性碳”，因为它具有放射性，不过没有危险性。
它自然是不稳定的，一段时间后会自发衰变为氮-14。半个放射性碳的样本要衰变成为氮大约要有5，730年。其余的碳的一半的衰变又要经过5，730年，再剩下的碳的一半又再要5，730年，依此类推。半个样本衰变的时间被成为“半衰期”。
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