Karbon-12, karbon-13 og karbon-14 er alle karbon. Hver av dem har seks protoner. Men karbon-12 har seks nøytroner, karbon-13 har sju, og karbon-14 har åtte. De er isotoper, atomer av samme grunnstoff med ulikt antall nøytroner. Antall protoner definerer grunnstoffet. Antall nøytroner definerer isotopen. De fleste grunnstoffer har flere isotoper, og noen har dusinvis.

Isotoper oppfører seg kjemisk likt fordi de har samme antall elektroner. Men de har ulik masse, noe som påvirker de fysiske egenskapene litt og kjernestabiliteten dramatisk. Noen isotoper er stabile. Andre er radioaktive, de brytes ned over tid og sender ut stråling. Karbon-14 er radioaktivt, med en halveringstid på omtrent 5730 år. Det gjør det nyttig for datering av organiske levninger opptil omtrent 50 000 år gamle.

Isotoper har mange bruksområder. Deuterium og tritium er isotoper av hydrogen som brukes i kjernefusjon og som sporstoffer i kjemi. Uran-235 og uran-238 skilles ut for å lage kjernefysisk brensel og våpen. Radioaktive isotoper brukes i medisin til avbildning og terapi. Stabile isotoper brukes i miljøstudier, matautentisering og rettsmedisin. Isotopforholdet i en prøve kan avsløre dens opprinnelse, historie og alder.