Carbonul-12, carbonul-13 și carbonul-14 sunt toate carbon. Fiecare are șase protoni. Dar carbonul-12 are șase neutroni, carbonul-13 are șapte, iar carbonul-14 are opt. Aceștia sunt izotopi, atomi ai aceluiași element cu un număr diferit de neutroni. Numărul de protoni definește elementul. Numărul de neutroni definește izotopul. Majoritatea elementelor au mai mulți izotopi, iar unele au zeci.

Izotopii se comportă la fel din punct de vedere chimic deoarece au același număr de electroni. Dar diferă în masă, ceea ce afectează ușor proprietățile fizice și dramatic stabilitatea nucleară. Unii izotopi sunt stabili. Alții sunt radioactivi, se dezintegrează în timp și emit radiații. Carbonul-14 este radioactiv, cu un timp de înjumătățire de aproximativ 5.730 de ani. Acest lucru îl face util pentru datarea resturilor organice cu o vechime de până la aproximativ 50.000 de ani.

Izotopii au multe utilizări. Deuteriul și tritiul sunt izotopi ai hidrogenului utilizați în fuziunea nucleară și ca trasori în chimie. Uraniul-235 și uraniul-238 sunt separați pentru combustibil nuclear și arme. Izotopii radioactivi sunt utilizați în medicină pentru imagistică și terapie. Izotopii stabili sunt utilizați în studii de mediu, autentificarea alimentelor și criminalistică. Raportul izotopic al unei probe poate dezvălui originea, istoricul și vârsta acesteia.