Језгро сваког елементарног атома садржи протоне, неутроне и електроне. Иако сваки елемент нормално има једнак број протона и електрона, број неутрона може да варира. Када атоми једног елемента попут угљеника имају различит број неутрона, а самим тим и различите атомске масе, они називају се „изотопи“. Као и многи други елементи, и угљеник има један врло уобичајен изотоп, а неколико других сасвим ретко.
Угљеник-12
Најчешћи изотоп угљеника је угљеник-12. Његово име означава да његово језгро садржи шест протона и шест неутрона, укупно 12. На Земљи, угљеник-12 чини скоро 99 процената угљеника који се природно јавља. Научници користе атомске јединице масе, или аму, за мерење масе елемената. Царбон-12 има аму од тачно 12.000. Овај број је референтни стандард за мерење атомске масе свих осталих изотопа.
Остали изотопи
Друга два изотопа угљеника који се јављају у природи су угљеник-13, који садржи приближно 1 проценат свих изотопа угљеника и угљеник-14, на који отпада око две билијунине природних појава угљеник. „13“ у угљенику-13 указује да језгро изотопа садржи седам неутрона уместо шест. Угљеник-14, наравно, садржи осам неутрона. Научници су такође створили вештачке изотопе угљеника у распону од угљеника-8 до угљеника-22, али практична употреба ових нестабилних изотопа је ограничена.
Угљеник-13
Живи организми преферирају угљеник-12 у односу на угљеник-13, и зато апсорбују несразмерно висок ниво угљеника-12. Дакле, научници могу проучавати однос угљеника-13 према угљенику-12 у језгри леда и прстеновима како би проценили прошле концентрације атмосферског угљен-диоксида. Слично томе, климатолози могу пратити овај однос у морској води да би проучавали стопе апсорпције угљендиоксида у океану.
Угљеник-14
За разлику од угљеника-12 и угљеника-13, угљеник-14 је радиоактиван. Временом се радиоактивни изотопи распадају и ослобађају одређену количину зрачења. Сваки живи организам уноси угљен-диоксид, који укључује малу количину угљеника-14. Након што организам умре, угљеник-14 у његовом телу постепено пропада. Пошто научници знају брзину распадања угљеника-14, они могу испитати ниво угљеника-14 у древним организмима како би проценили када су живели. Ова техника се назива датирање угљеником.