放射性碳年代测定约为距今7000年—8500年之间科学家早已发现，宇宙中不断有宇宙线向地球辐射。美国科学家利比认识到，宇宙线的辐射，会使大气层中的部分碳原子变为放射性碳。由于植物不断从空气中吸收二氧化碳，动物又以植物为食物。因此，他认为，所有的生物都应含有放射性碳。这种设想为他在1947年做的实验所证实。

生物死后，摄入放射性碳的过程自然就停止了，其体内原有的放射性碳则会稳定衰变，其辐射强度每5760年降低一半。利比认识到，根据这一规律，就可测定古代生物体或其他有机物的年代。有了这种办法，考古学家不必再单纯依赖于文字记载和地层证据来判定年代，考古学因而取得了极大的进展。

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。

自然界中的14C是宇宙射线与大气中的氮通过核反应产生的。碳-14不仅存在于大气中，随着生物体的吸收代谢，经过食物链进入活的动物或人体等一切生物体中。由于碳-14一面在生成，一面又以一定的速率在衰变，致使碳-14在自然界中（包括一切生物体内）的含量与稳定同位素碳-12的含量的相对比值基本保持不变。

当生物体死亡后，新陈代谢停止，由于碳-14的不断衰变减少，因此体内碳-14和碳-12含量的相对比值相应不断减少。通过对生物体出土化石中碳-14和碳-12含量的测定，就可以准确算出生物体死亡（即生存）的年代。例如某一生物体出土化石，经测定含碳量为M克（或碳-12的质量），按自然界碳的各种同位素含量的相对比值可计算出，生物体活着时，体内碳-14的质量应为m克。但实际测得体内碳-14的质量内只有m克的八分之一，根据半衰期可知生物死亡已有了3个5730年了，即已死亡了一万七千二百九十年了。美国放射化学家W．F．利比因发明了放射性测年代的方法，为考古学做出了杰出贡献而荣获1960年诺贝尔化学奖。

由于碳-14含量极低，而且半衰期很长，所以用碳-14只能准确测出5～6万年以内的出土文物，对于年代更久远的出土文物，如生活在五十万年以前的周口店北京猿人，利用碳-14测年法是无法测定出来的。