nucleul fiecărui atom conține protoni și neutroni. În timp ce numărul de protoni definește elementul (de exemplu, hidrogen, carbon, etc.) și suma protonilor și neutronilor dă masa atomică, numărul de neutroni definește izotopul acelui element. De exemplu, majoritatea carbonului (≈99%) are 6 protoni și 6 neutroni și este scris ca 12C pentru a reflecta masa sa atomică., Cu toate acestea, aproximativ 1% din carbonul din biosfera Pământului are 6 protoni și 7 neutroni (13C) care formează izotopul greu stabil al acestui element important. Izotopii stabili nu se descompun în alte elemente. În schimb, izotopii radioactivi (de exemplu, 14C) sunt instabili și se vor descompune în alte elemente.
izotopii stabili mai puțin abundenți ai unui element au unul sau doi neutroni suplimentari decât protonii și, prin urmare, sunt mai grei decât izotopul stabil mai comun pentru acele elemente., Atât de grele și ușoare izotopi participa liber în reacțiile chimice și biologice și procese geochimice, dar rata la care grele și ușoare izotopi reacționează în timpul fizice sau reacții chimice diferă. Legăturile chimice și forțele atractive ale atomilor cu izotopi stabili grei sunt mai puternice decât cele din izotopii mai obișnuiți, mai ușori ai unui element. Ca rezultat, izotopii mai grei reacționează mai lent decât izotopii mai ușori, ceea ce duce la separarea sau fracționarea izotopică între reactant și produs, atât în reacțiile fizice, cât și în cele biologice., Fracționarea izotopilor stabili grei și ușori este importantă deoarece a) produce variații în raportul izotop stabil al diferitelor bazine de elemente și b) stabilește un semnal izotop care poate indica existența sau magnitudinea proceselor cheie implicate în ciclarea elementară.