תוֹכֶן
הגרעין של כל אטום יסודי מכיל פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים. למרות שלכל אלמנט בדרך כלל יש מספר שווה של פרוטונים ואלקטרונים, מספר הנויטרונים יכול להשתנות. כאשר לאטומים של יסוד בודד כמו פחמן יש מספר שונה של נויטרונים, ולכן מסות אטומיות שונות, הם נקראים "איזוטופים". כמו יסודות רבים אחרים, לפחמן יש איזוטופ נפוץ מאוד, וכמה אחרים שהם די נדירים.
פחמן -12
איזוטופ הפחמן הנפוץ ביותר הוא פחמן -12. שמו מסמן כי הגרעין שלו מכיל שישה פרוטונים וששה נויטרונים, בסך הכל של 12. בכדור הארץ, פחמן 12 מהווה כמעט 99 אחוז מהפחמן המתרחש באופן טבעי. מדענים משתמשים ביחידות של מסה אטומית, או באמו, כדי למדוד את מסת היסודות. ל- Carbon-12 יש אמונה של 12.000 בדיוק. מספר זה הוא תקן ההתייחסות למדידת המסה האטומית של כל שאר האיזוטופים.
איזוטופים אחרים
שני האיזוטופים הפחמיים האחרים המופיעים באופן טבעי הם פחמן -13, המהווה בערך אחוז מכל איזוטופי הפחמן, ופחמן -14, המהווה כשני טריליון של פחמן המתרחש באופן טבעי. ה" 13 "בפחמן -13 מצביע על כך שגרעין האיזוטופ מכיל שבעה נויטרונים במקום שישה. הפחמן -14 מכיל כמובן שמונה נויטרונים. מדענים יצרו איזוטופים של פחמן מלאכותי הנעים בין פחמן 8 עד פחמן -22, אך השימושים המעשיים של איזוטופים בלתי יציבים אלה מוגבלים.
פחמן -13
אורגניזמים חיים מראים העדפה לפחמן -12 על פני פחמן -13, ולכן סופגים רמות גבוהות יחסית של פחמן -12. לפיכך, מדענים יכולים לחקור את היחס בין פחמן -13 לפחמן -12 בתוך ליבות הקרח וטבעות העץ כדי להעריך את ריכוזי העבר של פחמן דו-חמצני אטמוספרי. באופן דומה, אקלימולוגים יכולים לעקוב אחר יחס זה במי הים כדי לחקור את שיעורי הספיגה של האוקיינוס לפחמן דו חמצני.
פחמן -14
שלא כמו פחמן -12 ופחמן -13, פחמן -14 הוא רדיואקטיבי. עם הזמן, האיזוטופים הרדיואקטיביים מתיישבים ומשחררים כמות מסוימת של קרינה. כל אורגניזם חי נוטל פחמן דו חמצני הכולל כמות קטנה של פחמן -14. לאחר שהאורגניזם מת, הפחמן -14 בגופו מתרוקן בהדרגה. מכיוון שמדענים יודעים את הקצב בו מתפרק פחמן -14, הם יכולים לבחון את רמות הפחמן -14 באורגניזמים קדומים כדי להעריך מתי הם חיו. טכניקה זו נקראת תיארוך פחמן.