現代已知的同位素共有十五種，有碳8至碳22，其中碳12和碳13屬穩定型，其余的均帶放射性，當中碳14的半衰期長達5730年，其他的為不穩定同位素。 在地球的自然界里，碳12在所有碳的含量占98.93%，碳13則有1.07%。C的原子量取碳12、13兩種同位素豐度加權的平均值，一般計算時取12.01。碳12是國際單位制中定義摩爾的尺度，以12克碳12中含有的原子數為1摩爾。碳14由于具有較長的半衰期，衰變方式為β衰變，碳14原子轉變為氮原子 且碳是有機物的元素之一，生物在生存的時候，由于需要呼吸，其體內的碳14含量大致不變，生物死去后會停止呼吸，此時體內的碳14開始減少。人們可透過傾測一件古物的碳14含量，來估計它的大概年齡，這種方法稱之為碳定年法。