De ouderdom van een voorwerp gemaakt van organisch materiaal zoals hout, papier of linnen is te bepalen met behulp van het verval van de koolstofisotoop C-14. Levende planten nemen koolstofdioxide (CO2) op uit de atmosfeer en gebruiken dit voor de synthese van organische moleculen. De overgrote meerderheid van deze koolstofatomen bestaat uit C-12, maar een klein deel daarvan is het radioactieve C-14. De verhouding tussen de isotopen C-14 en C-12 in de atmosfeer heeft een waarde van 1,2 10–12. Deze isotopen-verhouding is over een periode van vele duizenden jaren ruwweg constant geweest, ondanks het feit dat C-14 vervalt met een halveringstijd van 5730 jaar. Er wordt namelijk in de atmosfeer voortdurend nieuw C-14 geproduceerd door botsingen van neutronen uit kosmische straling met stikstofkernen: N-14.

Deze voortdurende productie van C-14 in de atmosfeer compenseert het verlies van deze isotoop door radioactief verval. Bij het opnemen van koolstofdioxide uit de atmosfeer maakt een plant geen onderscheid tussen de verschillende isotopen. Zo lang de plant leeft zal de isotopenverhouding C-14/C-12 in het organisme dus even groot zijn als de verhouding van deze koolstofisotopen in de atmosfeer. Hetzelfde geldt dan voor plantenetende dieren, en daardoor ook voor dierenetende dieren. Maar als het organisme doodgaat stopt de inname van koolstofdioxide. Door het radioactief verval van C-14 neemt nu de isotopenverhouding C-14/C-12 in het organisme af in de loop van de tijd: de waarde van deze verhouding halveert elke 5730 jaar. Meten van de isotopenverhouding C-14/C-12 levert dan – samen met de bekende verhouding van deze isotopen in de atmosfeer en de bekende halveringstijd van C-14 – de ouderdom van het materiaal.

Bij het gebruik van deze koolstofdateringsmethode moet wel rekening worden gehouden met het feit dat de isotopenverhouding C-14/C-12 in de atmosfeer in de loop van de eeuwen niet helemaal constant is geweest. Het verloop van deze isotopenverhouding is gereconstrueerd door het vergelijken van de verwachte en de gemeten isotopenverhouding in voorwerpen waarvan de ouderdom bekend is. Dat zijn dan bijvoorbeeld oude bomen waarvan de leeftijd te bepalen is door het tellen van de jaarringen.

Met de koolstofdateringsmethode is bij archeologisch onderzoek de ouderdom van botten en voorwerpen gemaakt van organisch materiaal te bepalen. De methode werkt bij voor- werpen die niet ouder zijn dan ruwweg 60 duizend jaar. In nog oudere voorwerpen is de hoeveelheid C-14 te laag om de activiteit ervan voldoende nauwkeurig te kunnen meten.