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，其餘的均帶放射性，當中碳14的半衰期長達5730年，其他的為穩定同位素。

在地球的自然界裡，碳12在所有碳的含量佔98.93%，碳13則有1.07%。c的原子量取碳12、13兩種同位素丰度加權的平均值，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由於具有較長的半衰期，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，由於需要呼吸，其體內的碳14含量大致不變，生物死去後會停止呼吸，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。

碳有同位素共有十五種。

質子數相同而中子數不同的同一元素的不同核素互稱為同位素。

例如：氫有三種同位素，氕（H）、氘（D，重氫）、氚（T，超重氫）；碳有多種同位素，12C、13C和 14C（有放射性）等。

同位素具有相同原子序數的同一化學元素的兩種或多種原子之一，在元素週期表上占有同一位置，化學性質幾乎相同（氕、氘和氚的性質有些微差異）。

碳有15種同位素

碳（原子量：12.0107(8)）共有15個已知同位素，其中有2個（12C與13C）是穩定的，其他都具有放射性。14C是碳唯一的天然放射性同位素，在宇宙線作用下發生14N +1n →14C +1H反應而產生，半衰期為5700年。

1940年代，威拉得·利比在美國芝加哥大學利用碳14發明了放射性碳定年法，並於1960年獲得諾貝爾化學獎。由於在有機材料中含有碳-14，因此根據它可以確定考古學、地質學和水文地質學樣本的大致年代，其最大測算不超過6萬年，而且沒有參照的情況下誤差較大。