Quang hợp là quá trình chính mà carbon di chuyển từ khí quyển vào các sinh vật sống. Trong con đường quang hợp, (12
C) được hấp thụ dễ hơn một chút so với (13
C), và dễ hấp thụ hơn (14
C). Sự hấp thu chênh lệch của ba đồng vị carbon dẫn đến tỷ lệ (13
C)/(12
C) và (14
C)/(12
C) ở thực vật khác với tỷ lệ trong khí quyển. Hiệu ứng này được gọi là phân đoạn đồng vị.[37][38].Để xác định mức độ phân đoạn diễn ra trong một loại thực vật, số lượng của cả hai đồng vị (12
C) và (13
C) được đo và tỷ lệ (13
C) / (12
C) sau đó được so sánh với tỷ lệ chuẩn được gọi là PDB. [note 4]. Tỷ lệ (13
C) / (12
C) được sử dụng thay vì (14
C) / (12
C) vì trước đây dễ đo hơn và có thể dễ dàng rút ra: sự suy giảm của (13
C) so với (12
C) tỷ lệ thuận với sự khác biệt về khối lượng nguyên tử của hai đồng vị, do đó, sự cạn kiệt của (14
C) gấp đôi sự cạn kiệt của (13
C). Phân đoạn (13
C), được gọi là δ(13
C), được tính như sau:[26] The fractionation of 13
C, known as δ13C, is calculated as follows:[37]

δ C 13 = ( ( C 13 C 12 ) s a m p l e ( C 13 C 12 ) s t a n d a r d − 1 ) × 1000 {\displaystyle \delta {\ce {^{13}C}}=\left({\frac {\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{sample}}{\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{standard}}}-1\right)\times 1000} ‰North Ronaldsay sheep on the beach in North Ronaldsay. In the winter, these sheep eat seaweed, which has a higher δ13C content than grass; samples from these sheep have a δ13C value of about −13‰, which is much higher than for sheep that feed on grasses.[37]

Bởi vì tiêu chuẩn PDB chứa tỷ lệ (13
C) cao bất thường. hầu hết các giá trị δ(13
C) đo được là âm. Đối với các sinh vật biển, các chi tiết của các phản ứng quang hợp ít được hiểu rõ và các giá trị δ(13
C) của các sinh vật quang hợp biển phụ thuộc vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ cao hơn, CO2 có độ hòa tan kém trong nước, có nghĩa là có ít CO2 cho quá trình quang hợp. Trong các điều kiện này, sự phân đoạn bị giảm và ở nhiệt độ trên 14 °C, giá trị δ(13
C) tương ứng cao hơn, trong khi ở nhiệt độ thấp hơn, CO2 trở nên hòa tan hơn và do đó có sẵn hơn cho các sinh vật biển. Giá trị δ(13
C) cho động vật phụ thuộc vào chế độ ăn uống của chúng. Một động vật ăn thức ăn có giá trị δ(13
C) cao sẽ có δ(13
C) cao hơn động vật ăn thức ăn có giá trị δ(13
C) thấp hơn. Các quá trình sinh hóa của động vật cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả: ví dụ, khoáng chất xương và collagen xương thường có nồng độ (13
C) cao hơn trong chế độ ăn của động vật, mặc dù vì những lý do sinh hóa khác nhau. Việc xương giàu (13
C) cũng chỉ ra rằng vật liệu bài tiết bị cạn kiệt trong (13
C) so với chế độ ăn uống.[40]Do (13
C) chiếm khoảng 1% carbon trong một mẫu, nên tỷ lệ (13
C) / (12
C) có thể được đo chính xác bằng phép đo phổ khối.[26] Các giá trị tiêu biểu của δ(13
C) đã được tìm thấy bằng thí nghiệm cho nhiều loại thực vật, cũng như cho các bộ phận khác nhau của động vật như collagen xương, nhưng khi xác định tuổi của một mẫu δ(13
C) cách tốt nhất là xác định trực tiếp.[37]Sự trao đổi carbon giữa CO2 trong khí quyển và carbonate ở bề mặt đại dương cũng chịu sự phân đoạn, với (14
C) trong khí quyển có khả năng hòa tan hơn (12
C) trong đại dương. Kết quả là sự gia tăng chung về tỷ lệ (14
C) / (12
C) trong đại dương 1,5%, so với tỷ lệ (14
C) / (12
C) trong khí quyển. Sự gia tăng nồng độ (14
C) này gần như loại bỏ chính xác sự suy giảm do nước dâng cao (chứa (14
C) cũ và do đó cạn kiệt carbon) từ đại dương sâu, do đó các phép đo trực tiếp bức xạ (14
C) tương tự như các phép đo đối với phần còn lại của sinh quyển. Kết quả chính xác cho phân đoạn đồng vị, như được thực hiện cho tất cả các phóng xạ carbon để cho phép so sánh giữa các kết quả từ các phần khác nhau của sinh quyển, cho tuổi thọ khoảng 400 năm đối với nước mặt đại dương.[26][28]