原子核中的质子數相同，但中子數不完全相同的兩個原子，稱為同位素。數千年來，大氣中碳的兩種同位素碳-12和碳-14的比例一直保持不變。碳-14具有放射性，經過 5730 年，其含量會減少一半，此過程稱為「半衰期」。生物還活着時，不斷與外界進行物質交換，因此生物體內碳-14的含量與當時自然界中的碳-14含量一致。但一旦生物死亡，就不會再與外界進行物質交換，其體內的碳-14會不斷衰變減少。自然界沒有任何力量可以加快或放慢這個過程，因此測量生物遺骸中的碳-14含量，就能確定它们死亡的时间。通過測量古生物體中的碳-14含量，再根據碳-14的半衰期，推算古生物年代的方法，被稱為「碳年代測定法」。碳年代測定法可確定兩萬年內古生物的「年齡」。
中國考古學家用這種方法測量了馬王堆一號漢墓中的杉木棺蓋板，確定該墓距今已有 2130 年。歷史文獻考証的結果也確定這座古墓的年代約在 2100 年前的西漢早期。美國化学家利比開創了這種方法，並於 1960 年獲得诺贝尔化学奖。