碳有C12、C13、C14三个同位素，前两者为稳定同位素，第三者为放射性同位素。碳的放射性可用于考古中确定绝对年龄，但因半衰期太短（C14的半衰期只有5568年），放射性碳不能用于第四纪以前的古代沉积，此法可测定的最大年龄为30000~45000年。
年代越老的石油，C12越富集，C13越少。
目前在石油地质学领域内还可以使用C的稳定同位素的相对丰度来研究油气的成因类型，可以区分海相原油和陆相原油。
碳的稳定同位素和氧同位素结合，广泛用于地层对比，确定地层的年龄和地质时代。
碳同位素的分馏还可用于研究古气候的变化。
