kernen i hvert atom indeholder protoner og neutroner. Mens antallet af protoner definerer elementet (f.eks.) og summen af protoner og neutroner giver atommassen, antallet af neutroner definerer isotopen af dette element. For eksempel har de fleste kulstof (99 99 %) 6 protoner og 6 neutroner og er skrevet som 12C for at afspejle dens atommasse., 1 % af kulstof i Jordens biosfære 6 protoner og 7 neutroner (13C), der danner den tunge stabile isotop af dette vigtige element. Stabile isotoper forfalder ikke til andre elementer. I modsætning, radioaktive isotoper (F 14, 14C) er ustabile og vil henfalde til andre elementer.
de mindre rigelige stabile isotop(er) af et element har en eller to yderligere neutroner end protoner, og er således tungere end den mere almindelige stabile isotop for disse elementer., Både tunge og lette stabile isotoper deltager frit i kemiske reaktioner og i biologiske og geokemiske processer, men den hastighed, hvormed tunge og lette stabile isotoper reagerer under fysiske eller kemiske reaktioner, adskiller sig. De kemiske bindinger og attraktive kræfter af atomer med tunge stabile isotoper er stærkere end dem i de mere almindelige, lettere isotoper af et element. Som resultat, de tungere isotoper reagerer langsommere end de lettere isotoper, der fører til isotopisk adskillelse eller fraktionering mellem reaktant og produkt i både fysiske og biologiske reaktioner., Fraktionering af de tunge og lette stabile isotoper er vigtig, fordi den a) producerer variation i det stabile isotopforhold mellem forskellige elementpuljer og B) etablerer et isotopsignal, der kan indikere eksistensen eller størrelsen af nøgleprocesser involveret i elementær cykling.