Углерод-12, углерод-13 и углерод-14 — все это углерод. Каждый из них имеет шесть протонов. Но углерод-12 имеет шесть нейтронов, углерод-13 — семь, а углерод-14 — восемь. Это изотопы, атомы одного и того же элемента с разным числом нейтронов. Число протонов определяет элемент. Число нейтронов определяет изотоп. Большинство элементов имеют несколько изотопов, а некоторые — десятки.

Изотопы ведут себя одинаково в химическом отношении, потому что имеют одинаковое число электронов. Но они различаются по массе, что незначительно влияет на физические свойства и существенно — на ядерную стабильность. Некоторые изотопы стабильны. Другие радиоактивны, распадаются со временем и испускают радиацию. Углерод-14 радиоактивен, его период полураспада составляет около 5730 лет. Это делает его полезным для датирования органических останков возрастом до 50 000 лет.

Изотопы имеют множество применений. Дейтерий и тритий — это изотопы водорода, используемые в термоядерном синтезе и в качестве индикаторов в химии. Уран-235 и уран-238 выделяются для получения ядерного топлива и оружия. Радиоактивные изотопы используются в медицине для визуализации и терапии. Стабильные изотопы применяются в экологических исследованиях, аутентификации пищевых продуктов и криминалистике. Изотопное соотношение образца может раскрыть его происхождение, историю и возраст.