宇宙射线中的中子与大气中的大量存在的稳定核素氮-14发生N(n，p)C反应能够产生碳-14，而碳-14又会发生半衰期T=5730年的β衰变变成氮-14，由此构建一个核素平衡。碳-14与氧气反应生成的二氧化碳被生物圈接收，活体生物体内的碳-14与碳-12浓度比例是一定【经测定，碳-14的同位素丰度为1.2×10^(-12)】的，只有当生物死亡后，碳循环中断，碳-14逐渐衰变至没有。在化石标本中采样测量碳-14的丰度，与1.2×10^(-12)比较，即可计算出生物生活的年代。
比如：一个化石样品含有碳-14的丰度是4.3×10^(-13)，则可计算出该化石活体生活的年代距今t=ln(No/N)T/ln2=ln[1.2×10^(-12)÷4.3×10^(-13)]×5730÷ln2≈8483.9861年（N‘=Ne^(-λt)）。
碳14是碳元素的一种具放射性的同位素，它是透过宇宙射线撞击空气中的氮原子所产生。碳-14原子核由6个质子和8个中子组成。其半衰期约为5，730±40年，衰变方式为β衰变，碳14原子转变为氮-14原子。
1940年，美国科学家马丁·卡门（Martin Kamen）与同事塞缪尔·鲁宾（Sam Ruben）在美国劳伦斯伯克利国家实验室发现碳14 ，而后时任芝加哥大学教授、加州大学伯克利分校化学博士威拉得·利比（Willard Libby）应用碳14发明了碳—14年代测定法并获得1960年诺贝尔化学奖[3-6] 。由于在有机材料中含有碳-14 ，因此根据它可以确定考古学、地质学和水文地质学样本的大致年代 ，其Z大测算不超过6万年（而且没有参照的情况下误差较大） 。
自然界中碳元素有三种同位素，即稳定同位素12C、13C和放射性同位素14C。 14C由美国科学家马丁·卡门与同事塞缪尔·鲁宾于1940年发现。 14C的半衰期为5730年，14C的应用主要有两个方面：一是在考古学中测定生物死亡年代，即放射性测年法；二是以14C标记化合物为示踪剂，探索化学和生命科学中的微观运动。 一、利用宇宙射线产生的放射性同位素碳—14来测定含碳物质的年龄，就叫碳—14测年。已故考古学家夏鼐先生对碳—14测定考古年代的作用，给了极高的评价：“由于碳—14测定年代法的采用，使不同地区的各种新石器文化有了时间关系的框架，使ZG的新石器考古学因为有了确切的年代序列而进入了一个新时期。 那么，碳—14测年法是如何测定古代遗存的年龄呢？ 原来，宇宙射线在大气中能够产生放射性碳—14，并能与氧结合成二氧化碳形后进入所有活组织，先为植物吸收，后为动物纳入。只要植物或动物生存着，它们就会持续不断地吸收碳—14，在机体内保持一定的水平。而当有机体死亡后，即会停止呼吸碳—14，其组织内的碳—14便以5730年的半衰期开始衰变并逐渐消失。对于任何含碳物质，只要测定剩下的放射性碳—14的含量，就可推断其年代。 碳—14测年法分为常规碳—14测年法和加速器质谱碳—14测年法两种。当时，Libby发明的就是常规碳—14测年法，1950年以来，这种方法的技术与应用在有了显著进展，但它的局限性也很明显，即必须使用大量的样品和较长的测量时间。于是，加速器质谱碳—14测年技术发展起来了。 加速器质谱碳—14测年法具有明显的独特优点。一是样品用量少，只需1～5毫克样品就可以了，如一小片织物、骨屑、古陶瓷器表面或气孔中的微量碳粉都可测量；而常规碳—14测年法则需1～5克样品，相差3个数量级。二是灵敏度高，其测量同位素比值的灵敏度可达10-15至10-16；而常规碳—14测年法则与之相差5～7个数量级。三是测量时间短，测量现代碳若要达到1%的精度，只需10～20分钟；而常规碳—14测年法却需12～20小时。 正是由于加速器质谱碳—14测年法具有上述优点，自其问世以来，一直为考古学家、古人类学家和地质学家所重视，并得到了广泛的应用。可以说，对测定50000年以内的文物样品，加速器质谱碳—14测年法是测定精度Z高的一种。
