碳年代测定法的工作原理是测量碳14和碳12的比例。
氮，即表中原子质量为14的元素7，在我们的大气中含量丰富，比元素6的碳多一个质子和一个电子，通常质量为12。我们的大气层不断受到宇宙射线的轰击，其中大部分来自我们的恒星太阳，也有来自附近的超新星，有时甚至来自银河系外。
当宇宙射线击中氮原子的核心，即原子核时，它可以猛烈撞击7个质子中的一个，将其变成中子，这反过来又使氮原子成为一种放射性形式的碳。因为它现在有6个质子，所以它是碳而不是氮，8个中子意味着它的质量仍然是14，所以这被称为碳14。这个过程相当稳定，与正常的碳12相比，在大气中产生一定比例的碳14。碳14有轻微的放射性，它会衰变，经过很长一段时间，生成碳12，也就是正常的碳，它很稳定，不会进一步衰变。
植物从空气中吸收二氧化碳，其中包括碳（碳14或碳12没有区别），通过光合作用为细胞制造复杂分子，进而构成它们的叶子和根等。这种为植物细胞制造大量碳氢化合物分子的方法有效地取样，并在细胞形成时确定了碳-14和碳-12的比例。这种植物细胞可能会被动物吃掉，然后转化成动物细胞，比如鹿角或骨头。骨头中的碳氢化合物分子中含有碳12和碳14。
现在，因为碳14慢慢地衰变成碳12，最终所有的碳14都变成了碳12，经过数百万年。它在大约5730年的时间里分解了一半的碳-14。在接下来的5730年里，剩下的一半分解剩下的四分之一，如此类推，直到几乎，或者说实际上，一个都不剩了。
因为我们知道大致碳14与碳12比率是什么（如碳14的有益补充的宇宙射线一样迅速分解），我们可以把任何有机物的碳14与碳12比率来决定多少分数的5730岁。
这一发现为威拉德·利比赢得了20世纪60年代的诺贝尔化学奖。
进行放射性碳年代测定的过程是在不让任何污染物进入的情况下将样品研磨，然后分离所有的碳原子（通常是通过燃烧），然后用质谱仪对碳原子进行计数。每个碳原子都带有一个电荷，然后被释放到磁场中，磁场会根据它们的质量将它们弯曲到不同的计数器槽中——在相同的磁场中，较重的碳14不会像碳12那样弯曲，尽管差别很小。从两个计数器中计算出比率。
很早就通过对树木年轮样本的精确测定发现，历史上碳-14和碳-12的比例并不总是与今天完全相同，因为它会随着时间发生轻微的变化。如果大量的碳被释放到大气中，比如在一次大规模的火山爆发中，它就会发生变化。这意味着，基于5730年的半衰期衰减，计算出这个比率何时足够大到足以与今天的值相匹配，相对简单的数学计算必须稍微调整一下。这使用了所谓的校准曲线——它实际上是一条直线，但会有微小的摆动，这可能会使最近的数据移动几十年，或者新石器时代的数据移动数百年。
如果不需要校准曲线，且比率总是完全相同，那么这条细对角线就是它的样子。较粗的线是校准曲线一开始会有一点摆动但到了3万或4万年前，摆动幅度就大了。
不仅在样品的大小和质谱仪的制备、取样和计数方法中可能存在小误差，而且校准曲线也需要进行这种调整。然而，这种调整并不仅仅是一个简单的值，它提供了ValueB查找功能。因为校准曲线上的小扰动意味着可能是几个不同的日期造成了我们今天看到的比率，所以我们实际上得到了该日期的概率曲线，最高的峰值是最有可能的。
红色的峰显示了仅从放射性碳比率计算的数据，这是我们从质谱仪计数得到的。这个形状表明，它有可能比1000年前的今天稍低或稍高（实际上，按照惯例，通常是在1950年之前），因为计数器可能漏掉了一些，磁场可能稍有偏差，电荷有时会摇摆等等。这个红色的形状然后映射到校准曲线上（牛津校准曲线是最常用的），你会在底部得到深灰色的峰。红色上的最高点对应灰色上的最高点。这表明，这个样本最有可能出现在公元1035年左右，但也有可能出现在公元1000年左右，甚至是公元1100年之后。这是一个很好的结果，因为有一个明显的强峰；它最晚可以追溯到公元1037年的可能性超过三分之二。准确地说，我们也可以说，它发生在公元1047年之前的可能性大于四分之三，发生在公元1122年之前的可能性大于90%，发生在公元1150年之前的可能性大于95%。大多数普通读者会说这个样本是在公元1030年左右，因为这更有可能，但他们会小心翼翼，不要说它绝对是从那个时候开始的，因为，简而言之，我们不能100%确定。
这就是它的工作原理。它是准确的，但它不是精确的，这有时就是人们所说的精确。
这个过程是很雅致的实验室专注于现在，他们很准确，使红色峰值宽度更窄，使事情很多。然而，流行错误的需要使用校准曲线意味着虽然我们可以准确地给出一个范围的日期，我们不能准确地说哪个是正确的，只是这范围是最有可能的。通常就像这个例子一样，有一个例子显然是最有可能的，但并不总是如此。
大部分时间连续校准曲线的形状和范围是相当准确的，但有时，正如你所看到的从这个例子来说明这一点，它可以改变很多。我们试着久远的日期，稍稍宽蓝色校准曲线，而且摆动，使旧的日期不准确。但如果你能看出区别的话，它们通常还是相当准确的。
