Kol-12, kol-13 och kol-14 är alla kol. Var och en har sex protoner. Men kol-12 har sex neutroner, kol-13 har sju och kol-14 har åtta. De är isotoper, atomer av samma grundämne med olika antal neutroner. Antalet protoner definierar grundämnet. Antalet neutroner definierar isotopen. De flesta grundämnen har flera isotoper, och vissa har dussintals.

Isotoper beter sig kemiskt likadant eftersom de har samma antal elektroner. Men de skiljer sig åt i massa, vilket påverkar de fysikaliska egenskaperna något och kärnstabiliteten dramatiskt. Vissa isotoper är stabila. Andra är radioaktiva, sönderfaller med tiden och avger strålning. Kol-14 är radioaktivt, med en halveringstid på cirka 5 730 år. Det gör det användbart för datering av organiska lämningar upp till cirka 50 000 år gamla.

Isotoper har många användningsområden. Deuterium och tritium är isotoper av väte som används vid kärnfusion och som spårämnen inom kemi. Uran-235 och uran-238 separeras för kärnbränsle och vapen. Radioaktiva isotoper används inom medicin för avbildning och terapi. Stabila isotoper används i miljöstudier, livsmedelsautentisering och forensisk forskning. Isotopförhållandet i ett prov kan avslöja dess ursprung, historia och ålder.