Ядрото на всеки елементарен атом съдържа протони, неутрони и електрони. Въпреки че всеки елемент обикновено има еднакъв брой протони и електрони, броят на неутроните може да варира. Когато атомите на един елемент като въглерод имат различен брой неутрони и следователно различни атомни маси, те се наричат „изотопи“. Подобно на много други елементи, въглеродът има един много общ изотоп и няколко други, които са доста рядко.
Въглерод-12
Най-често срещаният въглероден изотоп е въглерод-12. Името му означава, че ядрото му съдържа шест протона и шест неутрона, общо 12. На Земята въглерод-12 представлява почти 99 процента от естествения въглерод. Учените използват атомни единици маса или amu, за да измерват масата на елементите. Carbon-12 има аму от точно 12 000. Това число е еталонният стандарт за измерване на атомната маса на всички други изотопи.
Други изотопи
Другите два естествени въглеродни изотопа са въглерод-13, който съдържа приблизително 1% от всички въглеродни изотопи и въглерод-14, който представлява около две трилионни части от естествено срещащи се въглерод. „13“ във въглерод-13 показва, че ядрото на изотопа съдържа седем неутрона вместо шест. Въглерод-14, разбира се, съдържа осем неутрона. Учените са създали и изкуствени въглеродни изотопи, вариращи от въглерод-8 до въглерод-22, но практическата употреба на тези нестабилни изотопи е ограничена.
Въглерод-13
Живите организми показват предпочитание към въглерод-12 пред въглерод-13 и следователно абсорбират непропорционално високи нива на въглерод-12. По този начин учените могат да изследват съотношението на въглерод-13 към въглерод-12 в ледените ядра и дървесните пръстени, за да оценят последните концентрации на атмосферен въглероден диоксид. По същия начин климатолозите могат да проследят това съотношение в морската вода, за да проучат степента на абсорбция на въглероден диоксид в океана.
Въглерод-14
За разлика от въглерод-12 и въглерод-13, въглерод-14 е радиоактивен. С течение на времето радиоактивните изотопи се разпадат и отделят определено количество радиация. Всеки жив организъм приема въглероден диоксид, който включва малко количество въглерод-14. След като организмът умре, въглеродът-14 в тялото му постепенно се разпада. Тъй като учените знаят скоростта, с която въглерод-14 се разпада, те могат да изследват нивата на въглерод-14 в древните организми, за да преценят кога са живели. Тази техника се нарича въглеродно датиране.