kjernen av hvert atom inneholder protoner og nøytroner. Mens antall protoner definerer element (f.eks., hydrogen, karbon, etc.) og summen av protoner og nøytroner gir atommasse, antall nøytroner definerer isotop av det aktuelle elementet. For eksempel, de fleste karbon (≈ 99 %) har 6 protoner og 6 nøytroner og er skrevet som 12C for å reflektere sin atommasse., Imidlertid, om lag 1% av karbon i Jordens biosfære har 6 protoner og 7 nøytroner (13C) danner den tunge stabil isotop av dette viktige elementet. Stabile isotoper ikke forfall til andre elementer. I kontrast, radioaktive isotoper (f.eks., 14C) er ustabil og vil forfalle til andre elementer.
mindre rikelig stabil isotop(s) et element kan ha en eller to ekstra nøytroner enn protoner, og dermed er tyngre enn den mer vanlige stabil isotop for disse elementene., Både tunge og lette stabile isotoper delta fritt i kjemiske reaksjoner, og i biologiske og geokjemiske prosesser, men prisen på som tunge og lette stabile isotoper reagere i løpet av fysiske eller kjemiske reaksjoner varierer. Den kjemiske forbindelser og attraktive styrker av atomer med tunge stabile isotoper er sterkere enn i de mer vanlige, lettere isotoper av et grunnstoff. Som et resultat, tyngre isotoper reagerer saktere enn de lettere isotoper som fører til isotopisk separasjon eller fractionation mellom reaktant og produkt i både fysiske og biologiske reaksjoner., Fractionation av tunge og lette stabile isotoper er viktig, fordi det a) produserer variasjon i den stabile isotopen forholdet av ulike element bassenger og b) fastsetter en isotop signal som kan indikere eksistensen eller omfanget av viktige prosesser som er involvert med elementær sykling.