Được phát triển lần đầu tiên bởi Willard Libby, người đoạt giải Nobel vào năm 1949, xác định niên đại bằng cacbon phóng xạ là một trong những công cụ đắc lực nhất đối với các nhà khảo cổ và địa chất, cho phép họ xác định niên đại trực tiếp các vật thể hàng chục nghìn năm tuổi.

Kỹ thuật này dựa trên thực tế là bầu khí quyển của Trái đất liên tục bị bắn phá bởi các tia vũ trụ, một số tia này va chạm với các nguyên tử nitơ và chuyển chúng thành đồng vị phóng xạ carbon-14. Ngoài tính phóng xạ, carbon-14 cũng giống như carbon-12 đồng vị ổn định, phổ biến hơn nhiều và được hấp thụ gần như giống hệt nhau bởi thực vật và động vật sống. Điều này có nghĩa là, về mặt lý thuyết, tỷ lệ giữa hai đồng vị không đổi.

Khi thực vật hoặc động vật chết, nó ngừng hấp thụ carbon và tỷ lệ giữa carbon-12 và carbon-14 bắt đầu thay đổi từ từ. Giống như tất cả các nguyên tố phóng xạ, carbon-14 phân hủy với tốc độ không đổi với chu kỳ bán rã khoảng 5.730 năm, vì vậy cứ sau 5.730 năm sẽ có một nửa carbon-14 trong hài cốt so với khi động thực vật chết. Điều này có nghĩa là nếu bạn có thể đo sự thay đổi tỷ lệ này, nó có thể hoạt động giống như một chiếc đồng hồ phóng xạ, tiết lộ tuổi của hài cốt hoặc của một số vật thể được tạo ra từ chúng.

Qua nhiều thập kỷ, kỹ thuật này đã được cải tiến bằng cách giới thiệu những thứ như nồng độ đồng vị, khối phổ và xác định niên đại của máy gia tốc hạt, cho phép các nhà khoa học xác định niên đại của các mẫu đã thu nhỏ từ 15 g (0,5 oz) xuống chỉ miligam từ hàng nghìn năm trước.

Thật không may, có một trở ngại trong việc xác định niên đại bằng cacbon phóng xạ không hề đơn giản. Tỷ lệ carbon-14 trên carbon-12 không cố định trong khí quyển hoặc trong suốt thời gian. Những thay đổi trong hoạt động mặt trời làm thay đổi việc tạo ra carbon-14 bằng cách thay đổi số lượng tia vũ trụ đến Trái đất, núi lửa có thể phun một lượng lớn carbon-12 vào bầu khí quyển, thực vật hấp thụ các đồng vị khác nhau trong quá trình quang hợp, cuộc cách mạng công nghiệp đưa nhiều carbon hóa thạch hơn vào môi trường, và giữa những năm 1940 và những năm 1980, các cuộc thử nghiệm vũ khí hạt nhân trong khí quyển đã làm tăng mức carbon-14.

Do những yếu tố này và các yếu tố khác, mức độ đồng vị khác nhau giữa Bán cầu Bắc và Nam cũng như ở mức độ nông của các đại dương, cũng như theo thời gian. Để bù đắp điều này, các nhà khoa học đã sử dụng một số phương pháp xác định niên đại khác nhau để tạo ra các đường chuẩn. Việc đầu tiên trong số này là so sánh niên đại của cácbon phóng xạ từ các ngôi mộ Ai Cập với thời kỳ trị vì của các Pharaoh, được ghi chép cẩn thận. Sau đó, niên đại vòng cây hoặc vòng cây được sử dụng để đếm các vòng sinh trưởng trong các khối gỗ có độ tuổi nhất định để bắt đầu một niên đại nổi có thể kéo dài hàng nghìn năm khi các mẫu vòng chồng lên nhau từ các vật thể khác nhau được khớp với nhau. Khi phát hiện ra rằng các vành cây ngừng hấp thụ carbon khi cây ngừng phát triển, các nhà khoa học đã có một mẫu tự hiệu chuẩn có thể thu hẹp chỉ còn một năm nhờ khả năng sử dụng các mẫu rất nhỏ.

Qua nhiều thập kỷ, kỹ thuật này đã được cải tiến bằng cách giới thiệu những thứ như nồng độ đồng vị, khối phổ và xác định niên đại của máy gia tốc hạt, cho phép các nhà khoa học xác định niên đại của các mẫu đã thu nhỏ từ 15 g (0,5 oz) xuống chỉ miligam từ hàng nghìn năm trước.

Được gọi là IntCal, dự án kéo dài bảy năm đã tạo ra ba đường cong xác định niên đại của cácbon phóng xạ đã được hiệu chuẩn lại - một cho Bắc bán cầu, một cho Nam và một cho môi trường biển. Mỗi cái quay ngược lại 55.000 năm với chỉ một độ lệch chuẩn trong các kỷ nguyên liên tiếp. Chúng được thiết kế để không chỉ giúp các nhà khảo cổ học mà còn cả các nhà khoa học địa chất trong Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) tìm hiểu thêm về các sự kiện khí hậu trong quá khứ và những người chịu trách nhiệm bảo tồn và phục hồi các di tích lịch sử.