Do sự hấp thụ khác biệt trong thực vật cũng như cacbonat biển 13 C, có thể sử dụng các dấu hiệu đồng vị này trong khoa học trái đất. Các quá trình sinh học ưu tiên chiếm các đồng vị khối lượng thấp hơn thông qua phân đoạn động học. Trong địa hóa học nước, bằng cách phân tích giá trị δ <sup id="mwOA">13</sup> C của vật liệu carbonate được tìm thấy trong nước mặt và nước ngầm, có thể xác định được nguồn nước. Điều này là do các giá trị δ 13 C trong khí quyển, carbonate và thực vật đều khác nhau theo tiêu chuẩn Pee Dee Belemnite (PDB). Trong sinh học, tỷ lệ đồng vị carbon-13 và carbon-12 trong các mô thực vật là khác nhau tùy thuộc vào loại quang hợp của thực vật và ví dụ, điều này có thể được sử dụng để xác định loại thực vật nào được động vật tiêu thụ. Trong địa chất, tỷ lệ 13 C / 12 C được sử dụng để xác định lớp trong đá trầm tích được tạo ra tại thời điểm tuyệt chủng Permi 252 Mya khi tỷ lệ thay đổi đột ngột 1%. Thông tin thêm về việc sử dụng tỷ lệ 13 C / 12 C trong khoa học có thể được tìm thấy trong bài viết về dấu hiệu đẳng hướng.

Carbon-13 có số lượng tử spin không bằng 1/2, và do đó cho phép nghiên cứu cấu trúc của các chất có chứa carbon bằng cách sử dụng cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13.