Trong tự nhiên, carbon tồn tại dưới dạng hai đồng vị bền, không phóng xạ: carbon-12 ((12
C)) và carbon-13 ((13
C)) và đồng vị phóng xạ carbo-14 ((14
C)). Thời gian bán huỷ của (14
C) khoảng 5730 năm, vì vậy nồng độ của nó có thể dự kiến giảm trong hàng ngàn năm.Nhưng (14
C) liên tục được tạo ra ở tầng bình lưu và tầng đối lưu phía trên,chủ yếu là bời các tia vũ trụ thiên hà và những tia mặt trời ở mức độ ít hơn.[9][16]. Những thứ này tạo ra neutrons, nguyên liệu tạo ra (14
C) khi tương tác với nitơ 14 ở dạng nguyên tử.[9] Theo phản ứng hạt nhân sau đây:

trong đó n là neutron và p là proton[17][18][note 3]

Sau đó 14
C nhanh chóng kết hợp với oxi không khí tạo thành Carbon monoxide (CO),[18] và cuối cùng là carbon dioxide(CO2)14
C + O
2 → 14
CO + O14
CO + OH → 14
CO
2 + H Carbondioxide khuếch tán trong khí quyển bằng những cách sau, hòa tan trong đại dương và được thực vật hấp thụ thông qua quá trình quang hợp. Động vật ăn thực vật, và cuối cùng là carbon phóng xạ được phân phối khắp sinh quyển.Tỉ lệ 14
C với 12
C là khoảng 1.25 phần của (14
C) với 1012 phần (12
C). Thêm vào đó, khoảng 1% nguyên tử carbon sẽ chuyển thành đồng vị bền (13
C).Hệ thức phân rã của (14
C):[19]14
C → 14
N + e⁻
+ ν
eBằng cách phát ra hạt beta (electron, e-) và antineutrino electron (Ve). Một hạt neutron trong (14
C) sẽ thay đổi thành proton và (14
C) sẽ chuyển thành một đồng vị bền nitơ 14.[20]