kärnan i varje atom innehåller protoner och neutroner. Medan antalet protoner definierar elementet (t.ex. väte, kol, etc.) och summan av protoner och neutroner ger atommassan, antalet neutroner definierar isotopen av det elementet. Till exempel har de flesta kol (99 %) 6 protoner och 6 neutroner och skrivs som 12C för att återspegla dess atommassa., Cirka 1% av kolet i jordens biosfär har dock 6 protoner och 7 neutroner (13C) som bildar den tunga stabila isotopen av detta viktiga element. Stabila isotoper sönderfaller inte i andra element. Däremot är radioaktiva isotoper (t.ex. 14C) instabila och kommer att sönderfalla i andra element.
de mindre rikliga stabila isotoperna av ett element har ytterligare en eller två neutroner än protoner och är därför tyngre än den vanligaste stabila isotopen för dessa element., Både tunga och lätta stabila isotoper deltar fritt i kemiska reaktioner och i biologiska och geokemiska processer, men hastigheten vid vilken tunga och lätta stabila isotoper reagerar under fysiska eller kemiska reaktioner skiljer sig åt. De kemiska bindningar och attraktiva krafter atomer med tunga stabila isotoper är starkare än de i de vanligaste, lättare isotoper av ett element. Som ett resultat reagerar de tyngre isotoperna långsammare än de lättare isotoper som leder till isotopseparation eller fraktionering mellan reaktant och produkt i både fysiska och biologiska reaktioner., Fraktionering av de tunga och lätta stabila isotoperna är viktigt eftersom det a) ger variation i det stabila isotopförhållandet mellan olika elementpooler och b) etablerar en isotopsignal som kan indikera förekomsten eller omfattningen av viktiga processer som är involverade i elemental cykling.