La plupart des atomes de carbone ont six neutrons. Bien que le carbone soit défini comme ayant six protons, le nombre de neutrons dans un noyau de carbone peut varier, ce qui donne naissance aux divers isotopes du carbone. Quinze isotopes du carbone, allant de 2 à 16 neutrons, ont été observés par les scientifiques.
Le carbone-12, ou carbone à six neutrons, est stable et représente environ 99 % de tout le carbone. Le 1 % restant est principalement du carbone-13, l'autre isotope stable du carbone, qui contient sept neutrons. Le carbone-14, avec huit neutrons, est présent naturellement en quantités infimes et est souvent utilisé pour déterminer l'âge d'objets très anciens, car le carbone-14 se désintègre à un rythme lent mais constant.