Minden elemi atom magja protonokat, neutronokat és elektronokat tartalmaz. Bár minden elemnek normálisan azonos a protonjainak és az elektronjainak száma, a neutronok száma változhat. Amikor egyetlen elem, például a szénatom atomjainak száma eltérő, és ezért eltérő az atomtömegük izotópoknak nevezzük. Sok más elemhez hasonlóan a szénnek is van egy nagyon gyakori izotópja, és számos más is ritka.
Szén-12
A leggyakoribb szén-izotóp a szén-12. Neve azt jelzi, hogy magja hat protont és hat neutront tartalmaz, összesen 12-et. A Földön a szén-12 a természetben előforduló szén majdnem 99 százalékát teszi ki. A tudósok atomtömeg-egységekkel vagy amu-val mérik az elemek tömegét. A Carbon-12 amúza pontosan 12.000. Ez a szám a referencia standard az összes többi izotóp atomtömegének mérésére.
Egyéb izotópok
A másik két természetben előforduló szén-izotóp a szén-13, amely körülbelül 1 százalékot tartalmaz az összes szén-izotópból, és a szén-14, amely a természetben előforduló mintegy kétezermilliárd részét teszi ki szén. A „13” a szén-13-ban azt jelzi, hogy az izotóp magja hat helyett hét neutront tartalmaz. A Carbon-14 természetesen nyolc neutront tartalmaz. A tudósok mesterséges szén-izotópokat is létrehoztak a szén-8 és a szén-22 között, de ezeknek az instabil izotópoknak a gyakorlati felhasználása korlátozott.
Szén-13
Az élő szervezetek előnyben részesítik a szén-12-et a szén-13-mal szemben, ezért aránytalanul magas mértékben szívják fel a szén-12-et. Így a tudósok tanulmányozhatják a 13-szén és a 12-szén arányát a jégmagokban és a fagyűrűkben, hogy megbecsüljék a légköri szén-dioxid korábbi koncentrációit. Hasonlóképpen, a klimatológusok nyomon követhetik ezt a tengervíz-arányt, hogy tanulmányozzák az óceán szén-dioxid-felszívódási arányát.
Szén-14
A szén-12-től és a szén-13-tól eltérően a szén-14 radioaktív. Idővel a radioaktív izotópok lebomlanak, és bizonyos mennyiségű sugárzást bocsátanak ki. Minden élő szervezet szén-dioxidot vesz fel, amely kis mennyiségű szén-14-et tartalmaz. Miután a szervezet meghal, a szén-14 a testében fokozatosan bomlik. Mivel a tudósok ismerik a szén-14 bomlási sebességét, megvizsgálhatják az ókori organizmusok szén-14 szintjét, hogy megbecsüljék, mikor éltek. Ezt a technikát széndátumozásnak nevezik.