Luonnossa esiintyy sekä 13C että 14C. Ensin mainitun osuus on noin 1 % kaikesta hiilestä. 14C:n runsaus vaihtelee 0,0000000001 %:sta (yksi osa biljoonaa kohti, pieni, mutta mitattavissa oleva taso) nollaan. Eniten 14C:tä on ilmakehän hiilidioksidissa ja ilmakehän hiilidioksidista valmistetuissa tuotteissa (esimerkiksi kasveissa). Toisin kuin 12C ja 13C, 14C ei ole stabiili. Sen vuoksi se hajoaa aina luonnollisesti radioaktiivisesti, kun taas muiden isotooppien määrät pysyvät muuttumattomina. Hiili-14 on runsaimmin ilmakehän hiilidioksidissa, koska sitä syntyy jatkuvasti typpiatomien ja kosmisten säteiden törmäyksissä ilmakehän ylärajoilla.
14C:n hajoamisnopeus on täysin vakio. Kun kyseessä on mikä tahansa joukko 14C-atomeja, puolet niistä hajoaa 5700 vuodessa. Koska tämä nopeus on hidas suhteessa hiilen liikkumiseen ravintoketjuissa (kasveista eläimiin ja bakteereihin), kaikki maapallon pinnalla olevassa biomassassa oleva hiili sisältää ilmakehän 14C-pitoisuuksia. Heti kun hiiltä kuitenkin jää pois biologisten prosessien kiertokulusta – esimerkiksi hautautumalla mutaan tai maaperään – 14C:n määrä alkaa vähentyä. 5700 vuoden kuluttua jäljellä on enää puolet. Toisten 5700 vuoden kuluttua jäljellä on enää neljännes. Tämä prosessi, joka jatkuu, kunnes 14C:tä ei enää ole jäljellä, on hiiliajoituksen perusta.
Näytettä, jossa 14C:tä ei enää ole havaittavissa, sanotaan ”radiohiilikuolleeksi”. Fossiiliset polttoaineet ovat yleinen esimerkki. Ne ovat peräisin biomassasta, joka alun perin sisälsi ilmakehän 14C-pitoisuuksia. Mutta sedimenttien orgaanisen aineksen muuttuminen öljyksi tai puuvartisten kasvien muuttuminen kivihiileksi on niin hidasta, että nuorimmatkin esiintymät ovat radiohiilikuolleita.
Organisen molekyylin 14C:n runsaus antaa siis tietoa sen hiilen lähteestä. Jos 14C:tä esiintyy ilmakehän tasolla, molekyylin on oltava peräisin tuoreesta kasvituotteesta. Polku kasvista molekyyliin on voinut olla epäsuora tai pitkä ja sisältää useita fysikaalisia, kemiallisia ja biologisia prosesseja. Ainoastaan ajan kuluminen vaikuttaa merkittävästi 14C:n pitoisuuksiin. Jos molekyyli ei sisällä havaittavaa 14C:tä, sen on oltava peräisin petrokemiallisesta raaka-aineesta tai jostain muusta muinaisesta lähteestä. Välilliset 14C-pitoisuudet voivat edustaa joko nykyaikaisen ja kuolleen hiilen seoksia tai hiiltä, joka on sitoutunut ilmakehästä alle 50 000 vuotta sitten.
Tämmöisiä signaaleja käyttävät usein luonnonympäristöjä tutkivat kemistit. Esimerkiksi rantasedimentistä löytyvä hiilivety voi olla peräisin öljyvuodosta tai kasvien tuottamista vahoista. Jos isotooppianalyysit osoittavat, että hiilivety sisältää 14C:tä ilmakehän tasolla, se on peräisin kasvista. Jos se ei sisällä 14C:tä, se on peräisin öljyvuodosta. Jos se sisältää jotakin siltä väliltä, se on peräisin molempien lähteiden sekoituksesta.