alkuaineen hiilestä tunnetaan viisi isotooppimuotoa, joiden atomipainot vaihtelevat 10: stä 14: ään. Kaksi niistä, C12 ja C13, ovat vakaasti olemassa luonnossa, kun taas muut ovat radioaktiivisia, ja tunnemme ne vain niiden tuotannon kautta erilaisissa ydinreaktioissa. Isotooppien erottelutekniikoiden viimeaikainen suuri kehitys on mahdollistanut huomattavien hiiliyhdisteiden tuottamisen, joissa C3: n ja C12: n suhde on kasvanut huomattavasti yli luonnonhiilelle ominaisen 1,1-98,9: n. Tämä on tärkeää kemiallisessa ja biologisessa tutkimuksessa, sillä C13: a, joka on kemiallisesti sama kuin luonnollinen hiili, mutta joka voidaan erottaa siitä massaspektrografian herkkien tekniikoiden avulla, voidaan käyttää merkkiaineena seuraamaan hiiliatomien historiaa niiden kulkiessa kemiallisten ja biokemiallisten reaktioiden läpi. Jos eläin esimerkiksi syö tai injektoi pienen määrän C13-rikasteista sokeria, kyseisen annoksen hiilen jakautuminen ja kemiallisen yhdistelmän tila voidaan määrittää mittaamalla myöhemmin eläimestä otettujen asianmukaisten näytteiden C13-C12-suhde. C13: n merkitys on sitäkin suurempi, koska kaksi kolmesta hiilen radioaktiivisesta isotoopista hajoaa liian nopeasti sopiviksi merkkiaineiksi, kun taas jäljelle jäävällä (C14) on niin pitkä käyttöikä (3000 vuotta), että sen havaitseminen radioaktiivisilla menetelmillä on suhteellisen tunteetonta.