Atât 13C cât și 14C sunt prezente în natură. Primul reprezintă aproximativ 1% din tot carbonul. Abundența de 14C variază de la 0,0000000001% (o parte pe trilion, un nivel mic, dar măsurabil) până la zero. Cele mai mari abundențe de 14C se găsesc în dioxidul de carbon atmosferic și în produsele fabricate din dioxid de carbon atmosferic (de exemplu, plantele). Spre deosebire de 12C și 13C, 14C nu este stabil. Prin urmare, acesta suferă mereu o dezintegrare radioactivă naturală, în timp ce abundența celorlalți izotopi rămâne neschimbată. Carbonul 14 este cel mai abundent în dioxidul de carbon atmosferic, deoarece este produs în mod constant prin coliziuni între atomii de azot și razele cosmice la limitele superioare ale atmosferei.
Rata cu care 14C se dezintegrează este absolut constantă. Dat fiind orice set de atomi de 14C, jumătate dintre ei se vor dezintegra în 5700 de ani. Deoarece această rată este lentă în raport cu mișcarea carbonului prin lanțurile trofice (de la plante la animale și bacterii), tot carbonul din biomasa de la suprafața Pământului conține niveluri atmosferice de 14C. Cu toate acestea, de îndată ce carbonul iese din ciclul proceselor biologice – de exemplu, prin îngroparea în noroi sau în sol – abundența de 14C începe să scadă. După 5700 de ani, rămâne doar jumătate. După alți 5700 de ani, rămâne doar un sfert. Acest proces, care continuă până când nu mai rămâne niciun 14C, stă la baza datării cu carbon.
Un eșantion în care 14C nu mai este detectabil se spune că este „mort din punct de vedere radiocarbonic”. Combustibilii fosili oferă un exemplu obișnuit. Aceștia sunt derivați din biomasa care inițial conținea niveluri atmosferice de 14C. Dar transformarea resturilor organice sedimentare în petrol sau a plantelor lemnoase în cărbune este atât de lentă încât chiar și cele mai tinere depozite sunt moarte din punct de vedere radiocarbonic.
Abordanța de 14C într-o moleculă organică oferă astfel informații despre sursa carbonului său. Dacă 14C este prezent la nivel atmosferic, molecula trebuie să provină dintr-un produs vegetal recent. Calea de la plantă la moleculă poate fi fost indirectă sau lungă, implicând multiple procese fizice, chimice și biologice. Nivelurile de 14C sunt afectate în mod semnificativ doar de trecerea timpului. Dacă o moleculă nu conține 14C detectabil, aceasta trebuie să provină dintr-o materie primă petrochimică sau dintr-o altă sursă veche. Nivelurile intermediare de 14C pot reprezenta fie amestecuri de carbon modern și mort, fie carbon care a fost fixat din atmosferă cu mai puțin de 50.000 de ani în urmă.
Semnale de acest tip sunt adesea folosite de către chimiștii care studiază mediile naturale. O hidrocarbură găsită în sedimentele de pe plajă, de exemplu, ar putea proveni de la o deversare de petrol sau de la cerurile produse de plante. Dacă analizele izotopice arată că hidrocarbura conține 14C la nivel atmosferic, aceasta provine de la o plantă. Dacă nu conține 14C, provine de la o deversare de petrol. Dacă conține un nivel intermediar, provine dintr-un amestec de ambele surse.
.