Obie grupy 13C i 14C są obecne w przyrodzie. Pierwszy z nich stanowi około 1% całego węgla. Obfitość 14C waha się od 0,0000000001% (jedna część na bilion, mały, ale mierzalny poziom) do zera. Największe ilości 14C znajdują się w atmosferycznym dwutlenku węgla oraz w produktach wytwarzanych z atmosferycznego dwutlenku węgla (np. w roślinach). W przeciwieństwie do 12C i 13C, 14C nie jest stabilny. W związku z tym zawsze ulega naturalnemu rozpadowi promieniotwórczemu, podczas gdy liczebność pozostałych izotopów pozostaje niezmieniona. Węgiel-14 występuje najliczniej w atmosferycznym dwutlenku węgla, ponieważ jest stale produkowany w wyniku zderzeń atomów azotu z promieniami kosmicznymi w górnych warstwach atmosfery.
Szybkość rozpadu 14C jest absolutnie stała. Biorąc pod uwagę dowolny zestaw atomów 14C, połowa z nich rozpadnie się w ciągu 5700 lat. Ponieważ tempo to jest powolne w stosunku do przepływu węgla przez łańcuchy pokarmowe (od roślin przez zwierzęta do bakterii), cały węgiel w biomasie na powierzchni Ziemi zawiera atmosferyczny poziom 14C. Jednakże, gdy tylko jakikolwiek węgiel wypadnie z cyklu procesów biologicznych – na przykład poprzez zakopanie w błocie lub glebie – obfitość 14C zaczyna się zmniejszać. Po 5700 latach pozostaje tylko połowa. Po kolejnych 5700 latach pozostaje tylko jedna czwarta. Proces ten, który trwa aż do momentu, gdy nie pozostaje żadne 14C, jest podstawą datowania węglem.
Próbka, w której 14C nie jest już wykrywalne, jest określana jako „martwa radiowęglowo”. Paliwa kopalne stanowią wspólny przykład. Pochodzą one z biomasy, która początkowo zawierała atmosferyczne poziomy 14C. Ale przemiana osadowych szczątków organicznych w ropę naftową lub roślin drzewiastych w węgiel jest tak powolna, że nawet najmłodsze złoża są radiowęglowo martwe.
Obfitość 14C w cząsteczce organicznej dostarcza więc informacji o źródle węgla. Jeśli 14C jest obecny na poziomie atmosferycznym, cząsteczka musi pochodzić z niedawnego produktu roślinnego. Droga od rośliny do cząsteczki mogła być pośrednia lub długa, obejmująca wiele procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych. Na poziom 14C istotny wpływ ma jedynie upływ czasu. Jeśli cząsteczka nie zawiera wykrywalnego 14C, to musi pochodzić z surowca petrochemicznego lub z innego starożytnego źródła. Pośrednie poziomy 14C mogą reprezentować albo mieszanki współczesnego i martwego węgla, albo węgiel, który został usunięty z atmosfery mniej niż 50 000 lat temu.
Sygnały tego rodzaju są często wykorzystywane przez chemików badających środowiska naturalne. Węglowodór znaleziony w osadach plażowych, na przykład, może pochodzić z wycieku ropy lub z wosków produkowanych przez rośliny. Jeśli analizy izotopowe wykazują, że węglowodór zawiera 14C na poziomie atmosferycznym, pochodzi on z rośliny. Jeśli nie zawiera 14C, pochodzi z wycieku ropy. Jeśli zawiera jakiś pośredni poziom, pochodzi z mieszaniny obu źródeł.
.