１４Ｃ年代測定にはβ−線係数測定、加速器質量分析測定と２種類ある。いずれの方法も生物遺体等の内部の１４Ｃ／１２Ｃ比を求めて年代値を推定する方法である。生きている生物（植物）は大気や海水中の炭酸ガス・炭素イオンの１４Ｃ濃度と等しい、ほぼ一定の値を示す。しかし、死ぬと一定に保つ働きはなくなる。その結果、放射性炭素である１４Ｃは、時間がたつにつれて１４Ｃから１２Ｃへの壊変がすすむ。そのため、生物遺体中の１４Ｃと１２Ｃの比を求めることによって、生物が死んでからの時間を推定することが可能となる。β−線係数測定は、この比を求めるために１４Ｃが放出するβ−線をカウントすることで、１４Ｃを定量するものである。一方、加速器質量分析測定は１４Ｃと１２Ｃのわずかに重さが違うことを利用して、これら２つの元素を分離し、定量を行うものである。

放射年代測定は他にも様々なものが利用されている。１４Ｃの測定レンジが０〜５万年程度と、比較的新しい部分を対象としているため、活断層調査では、断層の最終活動年代や、地層が断層によって、いつ変形させられたのかを調べるのに用いられる。また、その分析に用いる試料は生物遺体（植物片、材）や有機質土であり、変形している部分から直接採取した。

　天然物の炭素には、１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃの３種の同位体が存在する。これら同位体の大部分は１２Ｃが占めている。これらのうち、１２Ｃと１３Ｃは安定同位体で、１４Ｃは放射性同位体である。安定同位体である１３Ｃ／１２Ｃ比は一定の同位体比を示すのに対し、１４Ｃは放射崩壊するために、１４Ｃ／１２Ｃ比は時間とともに時間の経過とともに半減期（５７３０年）に従って小さくなっていく。これが、放射性炭素１４Ｃが年代測定に用いられる基本原理である。

　１４Ｃは高層大気中で、大気の主成分である窒素ガスと宇宙線との反応によって生成され、宇宙線強度、地球磁場の変動、太陽活動の変動、核実験の影響がない限り、大気中のＣＯ２の１４Ｃ／１２Ｃ比は一定である。

一定の１４Ｃ／１２Ｃ比をもった大気の二酸化炭素は、食物連鎖によって各生命体に取り込まれる。それら生命体の１４Ｃ／１２Ｃ（１４Ｃ／１３Ｃ）は、大気中のＣＯ２のそれと同じである。これら生命体の死後は、外部からの供給が無くなるため、取り込まれていた１４Ｃは減少していくのみとなる。その現象の速度は、１４Ｃ固有の半減期により規定される。

一般的に、放射性同位体の崩壊程度と経過時間ｔとの関係は、次の式で示される。

Ｎ＝Ｎ０・ｅｘｐ（−λ・ｔ）

すなわち

ｔ＝（１／λ）ｌｎ（Ｎ０／Ｎ）

Ｎ０：閉鎖系成立時（ｔ＝０）の放射性同位体の原子数

Ｎ：経過時間ｔをへた時の放射性同位体の原子数

λ：放射性同位体の壊変定数

この式を放射性炭素の場合について、１４Ｃ／１２Ｃと、半減期Ｔ１／２を用いて書き直すと、つぎのようになる。

ｔ＝（１／λ）ｌｎ（１４Ｃ／１２Ｃ）０／（１４Ｃ／１２Ｃ）

＝（Ｔ１／２／０．６９３）ｌｎ（１４Ｃ／１２Ｃ）０／（１４Ｃ／１２Ｃ）

Ｔ１／２：１４Ｃの半減期（現在では、５７３０年が正しいとされているが、国際的な申し合わせにより、５５６８年を用いることになっている（歴年代の項参照）。

（１４Ｃ／１２Ｃ）０　：閉鎖系成立時（生命活動停止後）の試料または、大気ＣＯ２の同位体比１９５０ＡＤの樹木年輪を便宜上、標準としている。

（１４Ｃ／１２Ｃ）　：試料の同位体比

一般的に、前項までで述べてきた１４Ｃ年代は、歴年代と一致しない。その理由は、主に以下に示すようなことによる。

�@　試料炭素物質が、過去に生成された当時の大気ＣＯ２の１４Ｃ濃度が、現代（１９５０年ＡＤ）のそれとは必ずしも同一でない。この時間的変動に加えて、空間的な変動（たとえば、南北両半球間の相違もあることが知られている。

�A　前述の１４Ｃ年代計算に用いた半減期（５５６８年）が、現在もっとも信頼されている半減期（５７３０年）とは、２％程度異なっている。従来半減期として用いられている５５６８年を用いることは、１４Ｃ年代値に混乱を起こさないための国際的な申し合わせである。

�@の原因として、銀河宇宙線の強度変化、地球磁場の変動、太陽活動の変動、水圏からのＣＯ２の供給量の変動により引き起こされる。また、最近では、化石燃料からのＣＯ２や核実験の影響もある。この年代０年の時間的、空間的変動のうち、時間的変動及び半減期問題に関しては、樹木年輪補正曲線により補正することができる。すなわち、歴年代既知（年輪年代学）の年輪について、１４Ｃ年代測定を行うことにより、歴年代と１４Ｃ年代との補正曲線を求めることができる。この曲線を用いて補正したものが１４Ｃ歴年代値である。現在のところ、この歴年代への補正曲線は、約８０００年ＢＣ以降についてのみ、実用化されている。