Karbon-12, karbon-13, dan karbon-14 semuanya adalah karbon. Masing-masing memiliki enam proton. Tetapi karbon-12 memiliki enam neutron, karbon-13 memiliki tujuh, dan karbon-14 memiliki delapan. Mereka adalah isotop, atom dari unsur yang sama dengan jumlah neutron yang berbeda. Jumlah proton menentukan unsur tersebut. Jumlah neutron menentukan isotopnya. Sebagian besar unsur memiliki banyak isotop, dan beberapa memiliki puluhan isotop.

Isotop berperilaku sama secara kimiawi karena memiliki jumlah elektron yang sama. Namun, massanya berbeda, yang sedikit memengaruhi sifat fisik dan secara dramatis memengaruhi stabilitas nuklir. Beberapa isotop stabil. Yang lain bersifat radioaktif, meluruh seiring waktu dan memancarkan radiasi. Karbon-14 bersifat radioaktif, dengan waktu paruh sekitar 5.730 tahun. Hal ini membuatnya berguna untuk menentukan usia sisa-sisa organik hingga sekitar 50.000 tahun.

Isotop memiliki banyak kegunaan. Deuterium dan tritium adalah isotop hidrogen yang digunakan dalam fusi nuklir dan sebagai penanda dalam kimia. Uranium-235 dan uranium-238 dipisahkan untuk bahan bakar nuklir dan senjata. Isotop radioaktif digunakan dalam kedokteran untuk pencitraan dan terapi. Isotop stabil digunakan dalam studi lingkungan, otentikasi makanan, dan forensik. Rasio isotop suatu sampel dapat mengungkapkan asal, sejarah, dan usianya.