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Certains noyaux des atomes sont instables : ils contiennent trop de neutrons ou bien pas assez. Un noyau instable finit par se désintégrer pour former un autre noyau.
Par exemple, un noyau de carbone-14 (6 protons et 8 neutrons) se change en noyau d'azote-14 en émettant un électron. L'un de ses neutrons s'est alors transformé en proton, ce qui rend le noyau stable.
Ce processus de désintégration est très régulier. Il faut en effet 5730 années pour que la moitié des noyaux de carbone-14 d'un échantillon organique mort se transforme en azote-14 ; c'est la demi-vie du carbone-14.
On utilise donc le carbone-14 comme horloge historique. Il suffit de mesurer la quantité de carbone-14 par rapport au carbone-12, l'isotope stable du carbone, pour calculer la date de la mort d'un organisme. On peut remonter jusqu'à 40 000 ans avec une précision de 500 à 1000 ans.