碳定年法的作用原理是：碳是大氣、地球、海洋和任何生物體內大量存在的自然元素。
碳-12是最常見的同位素，約1兆碳原子中只有一個碳-14。在上層大氣中當氮-14（N-14）由于宇宙射線轟擊發生改變就產生碳-14（一個質子被中子所代替，有效地將氮原子變成碳的同位素）。這種新的同位素被叫做“放射性碳”，因為它具有放射性，不過沒有危險性。
它自然是不穩定的，一段時間后會自發衰變為氮-14。半個放射性碳的樣本要衰變成為氮大約要有5，730年。其余的碳的一半的衰變又要經過5，730年，再剩下的碳的一半又再要5，730年，依此類推。半個樣本衰變的時間被成為“半衰期”。