O carbono-12, o carbono-13 e o carbono-14 são todos carbonos. Cada um possui seis protões. Mas o carbono-12 tem seis neutrões, o carbono-13 tem sete e o carbono-14 tem oito. São isótopos, átomos do mesmo elemento com números diferentes de neutrões. O número de protões define o elemento. O número de neutrões define o isótopo. A maioria dos elementos possui múltiplos isótopos, e alguns possuem dezenas.

Os isótopos comportam-se da mesma forma quimicamente porque têm o mesmo número de eletrões. Mas diferem na massa, o que afeta ligeiramente as propriedades físicas e drasticamente a estabilidade nuclear. Alguns isótopos são estáveis. Outros são radioativos, decaindo ao longo do tempo e emitindo radiação. O carbono-14 é radioativo, com um período de semivida de cerca de 5.730 anos. Isto torna-o útil para datar restos orgânicos com até cerca de 50.000 anos.

Os isótopos têm muitas aplicações. O deutério e o trítio são isótopos do hidrogénio utilizados na fusão nuclear e como traçadores em química. O urânio-235 e o urânio-238 são separados para a produção de combustível nuclear e de armas. Os isótopos radioativos são utilizados na medicina para exames de imagem e terapia. Os isótopos estáveis ​​são utilizados em estudos ambientais, autenticação de alimentos e ciência forense. A proporção isotópica de uma amostra pode revelar a sua origem, história e idade.