Почему объект типа DataTable успешно сериализуется? Ведь тип DataRow не отмечен атрибутом [Serializable] ?

хороший вопрос. Именно потому, что такие объекты, как DataRow, не поддерживают серилизацию, класс DataTable вынужден реалтзовывать серилизацию вручную через DataTable.GetObjectData Method 

Если непонятно, объясню так:
для того чтобы класс можно было серилизовать, нужно:
- чтобы все его члены и он сам поддерживал серилизацию (тогда граф серилизации строится автоматически)
- или реализовать в классе интерфейс ISerializable явно, вручную (т.е. все, что нужно (из начинки класса) серилизовывать вручную, как и сделано в DataTable)

о серилизации можно почитать у классиков