Die Radiokarbon- oder Kohlenstoff-14 Datierung ist vielleicht das bekannteste Verfahren zur absoluten Datierung. Sie wurde in den 19-vierziger Jahren entwickelt und beruht auf dem Zerfall des radioaktiven Kohlenstoff-14 Isotops (14C) zu Stickstoff-14 (14N) durch Beta-Emission. Da die Halbwertszeit von 14C nur 5.730 Jahre beträgt, muss es also fortwährend produziert werden, denn sonst wäre es auf der Erde nicht mehr vorhanden. Diese 14C-Produktion findet durch Neutronenreaktionen mit 14N und anderen Nukliden in der oberen Atmosphäre statt. Einmal entstanden, oxidiert 14C zu Kohlendioxid (14CO2) und wird durch verschiedene biochemische Reaktionen von Pflanzen und Tieren aufgenommen. In das Oberflächenwasser von Seen und Ozeanen tritt 14CO2 durch Diffusion ein.
Als Ergebnis sind alle Lebewesen schwach radioaktiv, ebenso ausgefällte Carbonate in den meisten natürlichen Gewässern. Wenn ein Organismus stirbt ist er nicht mehr Bestandteil des aktiven Kohlenstoffkreislaufs und das 14C in ihm beginnt zu zerfallen. Da dieser Zerfall von 14C zu 14N mit bekannter Geschwindigkeit vonstatten geht, kann man durch Messung der jetzigen Menge das Alter des abgestorbenen Organismus abschätzen.
Als Ergebnis sind alle Lebewesen schwach radioaktiv, ebenso ausgefällte Carbonate in den meisten natürlichen Gewässern. Wenn ein Organismus stirbt ist er nicht mehr Bestandteil des aktiven Kohlenstoffkreislaufs und das 14C in ihm beginnt zu zerfallen. Da dieser Zerfall von 14C zu 14N mit bekannter Geschwindigkeit vonstatten geht, kann man durch Messung der jetzigen Menge das Alter des abgestorbenen Organismus abschätzen.
Bei dieser Schätzung gibt es verschiedene Unsicherheiten, die durch statistische Fehler während des Datierungsprozesses entstehen können - beispielsweise, wenn die zu datierende Probe mit älterem oder jüngerem Kohlenstoff kontaminiert ist. Solche Fehlerquellen können zwar minimiert werden, indem man den zu untersuchenden Zeitraum verlängert oder die Datierung an mehreren Einzelproben vornimmt, doch in den allermeisten Fällen wird man zusätzlich zu den gewonnenen Daten auch eine geschätzte plus / minus Abweichung (Standardabweichung) angeben.
Einen Einfluß auf die Daten können auch Schwankungen in der Geschwindigkeit haben, mit der die 14C - Produktion in der Vergangenheit abgelaufen ist, diese Unsicherheiten können jedoch durch die Kalibrierung der Proben mittels Vergleichen mit Baumringen bekannten Alters beseitigt werden. Die Altersbestimmungen werden in der Regel in "Jahren vor heute" angegeben, wobei man "heute" als das Jahr 1950 A.D bestimmt hat. Bei sorgfältiger Arbeit kann mit der Radiokohlenstoff-Methode eine Genauigkeit von etwa 2 Prozent erreicht werden. Die Grenzen der klassischen Radiokohlenstoff-Datierung sind bei Fundstücken mit einem Alter von etwa 40.000 Jahren erreicht, da wegen der kurzen Halbwertszeit nach diesem Zeitraum praktisch kein 14C mehr in abgestorbenen Organismen vorhanden ist.
| Jahre zurück | 108 107 106 105 104 103 | Datierbares Material |
| Spaltspurdatierung |  | Vulkanische Mineralien, Glas, Keramik |
| Kalium-Argon Datierung (40K/40Ar und 39Ar/40Ar) | | Vulkanische Mineralien und Gesteine |
| Rubidium-Strontium Datierung (87Rb/87Sr) | | Vulkanische Mineralien und Gesteine |
| Uranreihen Datierung (234U/238U) | | Carbonate (z.B. Korallen) |
| Optisch angeregte Lumineszenz | | Quarz, Zirkon |
| Elektronenspinresonanz Datierung | | Carbonate, Silicate, Apatit (z.B. Zahnschmelz) |
| Uranreihen Datierung (230Th/234U) | | Anorganische und organische Carbonate, vulkanische Gesteine, ?Knochen, ?Zahndentin |
| Thermolumineszenz | | Keramik, Quarz, Feldspat, Carbonate |
| Uranreihen Datierung (231Pa/235U) | | Anorganische und organische Carbonate |
| Radiokohlenstoff-Datierung (14C) | | Organisches Material (z.B. Knochen, Schalen, Holzkohle, Carbonate |
Durch den Einsatz von Teilchenbeschleunigern und empfindlichen Massenspektrometern ist es gelungen, die Anzahl der 14C-Isotope in einer Probe direkt zu messen, anstatt auf ihren Zerfall zu warten. Dieses Verfahren wird heute standardmäßig bei der Radiokarbon-Datierung angewendet, denn der zu bestimmende Zeitraum kann nun auf 75.000 Jahre ausgedeht werden. Außerdem ist nur eine sehr kleine Probenmenge erforderlich (1 mg oder weniger), somit kann die Technik für sehr wertvolle paläontologische und archäologische Fundstücke verwendet werden, die zuvor mit der traditionellen Radiokarbon-Methode nicht datiert werden konnten. Mit der Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS) kann eine Altersbestimmung anhand nur eines winzigen Stücks Holzkohle oder eines Weizenkorns durchgeführt werden. Beispielsweise konnte man zum erstenmal wichtige archäologische Funde datieren, so die steinzeitlichen Malereien in europäischen Höhlen. Ein ein anderes bekanntes Beispiel war die Datierung des Turiner Grabtuchs auf das 14. Jahrhundert n. Chr.
Die AMS-Technik erweist sich auch in anderer Hinsicht als nützlich. So wurden mit ihr Behauptungen widerlegt, wonach Menschen bereits vor 50.000 oder 100.000 Jahren in der Neuen Welt gelebt hätten. Skelette, die als sehr alt gelten, können sich mit dieser Methode als nur ein paar tausend Jahre alt erweisen. In der Primatenforschung wurde die Radiokarbon-Methode beispielsweise herangezogen, um ausgestorbene Lemuren auf Madagaskar zu datieren. Einige Fossilien, die bei Amparhingidro im Nordwesten der Insel entdeckt wurden, waren nur etwa 3000 Jahre alt, die am Itampola-See im Süden der Insel nur etwa 1000 Jahre. Diese Formen sind somit erst in jüngster Zeit verschwunden - nämlich als der Mensch mit der Besiedlung Madagaskars begann.
