Τα βασικά ισότοπα του άνθρακα και η αναλογία με την οποία συναντώνται στη φύση είναι: Άνθρακας-12 (98.89%), άνθρακας-13 (1.11%) και άνθρακας-14 (1:770.000.000.000).

Η ανώτερη ατμόσφαιρα της γης βομβαρδίζεται συνεχώς από κοσμικές ακτινοβολίες (πρωτόνια, σωματίδια α, κ.α.) με αποτέλεσμα την παραγωγή άλλων σωματιδίων όπως τα νετρόνια (). Τα νετρόνια συγκρούονται με τον πυρήνα του πιο άφθονου ισότοπου του αζώτου (άζωτο-14) και παράγεται ένας ραδιενεργός πυρήνας του ισότοπου άνθρακα-14, σύμφωνα με την πυρηνική αντίδραση:

Με τη σειρά του ο ραδιενεργός πυρήνας του άνθρακα-14 διασπάται, σύμφωνα με την πυρηνική αντίδραση:

Ο άνθρακας-14 έχει ημιπερίοδο ζωής ίση με 5730 έτη.

Λόγω της σταθερού ρυθμού παραγωγής άνθρακα-14 και της σταθερού ρυθμού διάσπασής του, η περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε άνθρακα-14 είναι σταθερή. 'Ετσι, ένα μικρό αλλά σταθερό κλάσμα του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) περιέχει άνθρακα-14 και όχι άνθρακα-12.

Τα ζωντανά φυτά χρησιμοποιούν διαρκώς το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης και έτσι η περιεκτικότητα του οργανισμού τους σε άνθρακα-14 είναι σταθερή και ίση με αυτή της ατμόσφαιρας. Τα ζώα επίσης, εφόσον τρέφονται με φυτά, διατηρούν επίσης στον οργανισμό τους την ίδια μικρή αλλά σταθερή περιεκτικότητα σε άνθρακα-14.