Η δοκιμή των αναλογιών ισοτόπων άνθρακα αρχαίων στρωμάτων ή απολιθωμάτων μπορεί να είναι χρήσιμη για την πρόσβαση στις κλιματικές συνθήκες και τη βιολογική παραγωγικότητα τη στιγμή που αυτές καθορίστηκαν. Η χρήση του ισοτόπου άνθρακα με αυτόν τον τρόπο βασίζεται στην αρχή ότι οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί, όπως τα φύκια, προσλαμβάνουν κατά προτίμηση τον ελαφρύτερο και πιο κοινό άνθρακα-12 ενώ αφήνουν πίσω τους τον βαρύτερο άνθρακα-13. Κατά τη διάρκεια μιας μαζικής εξαφάνισης, υπάρχει λιγότερο προτιμώμενη πρόσληψη άνθρακα-12, και αυτό αντανακλάται στα ιζήματα.
Η ανάλυση των αναλογιών ισοτόπων άνθρακα είναι κοινή για την πρόσβαση στον αντίκτυπο των μαζικών εξαφανίσεων, αν και η ακριβής σχέση των αναλογιών ισοτόπων άνθρακα με την παραγωγικότητα δεν είναι πλήρως κατανοητή. Η ανάλυση αυτών των ισοτόπων φαίνεται να υποδηλώνει ότι η ζωή υπέστη πέντε μεγάλες εξαφανίσεις τα τελευταία μισό δισεκατομμύριο χρόνια, αν και τρεις από αυτές ήταν σημαντικά πιο σημαντικές από τις άλλες δύο. Όλες αυτές οι μαζικές εξαφανίσεις επιβεβαιώθηκαν από απότομες μειώσεις της βιοποικιλότητας στο αρχείο απολιθωμάτων. Οι παραλλαγές στα ισότοπα άνθρακα με την πάροδο του χρόνου είναι γνωστές ως εισβολές και εκδρομές, αντίστοιχα.
Εκτός από την πρόσβαση σε μαζικές εξαφανίσεις, οι αναλογίες ισοτόπων άνθρακα χρησιμοποιούνται επίσης για την εκτίμηση της προέλευσης της ζωής. Πρόσφατα, στοιχεία ισοτόπων άνθρακα έδειξαν μια εξαιρετικά πρώιμη προέλευση των φωτοσυνθετικών κυανοβακτηρίων, των πρώτων γνωστών ζωντανών οργανισμών, πριν από 4.3 δισεκατομμύρια χρόνια, μόλις 100 εκατομμύρια χρόνια μετά την αρχική υγροποίηση του νερού και περίπου 267 εκατομμύρια χρόνια μετά το σχηματισμό του Η ίδια η Γη. Αν αληθεύει, αυτό είναι συναρπαστικό, καθώς προηγούμενες εκτιμήσεις για την προέλευση της ζωής το τοποθετούσαν πολύ αργότερα, περίπου 3.6 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Εάν η ζωή σχηματίστηκε τόσο σύντομα μετά τον αρχικό σχηματισμό της Γης, τότε γιατί φαίνεται τόσο σπάνια στον κόσμο γενικά; Ίσως η περισσότερη ζωή στο σύμπαν αποτελείται απλώς από μικρόβια, αλλά αν ναι, μπορεί να φαίνεται ασυνήθιστο ότι κανένα από αυτά τα μικρόβια δεν έχει ακόμη εξελιχθεί σε νοήμονα όντα που μας έχουν επισκεφτεί.
Οι αναλογίες ισοτόπων άνθρακα μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την πρόσβαση στον βαθμό κυκλοφορίας στους ωκεανούς πριν από εκατομμύρια χρόνια. Όταν η κυκλοφορία είναι χαμηλή, βιοϋλικό πλούσιο σε άνθρακα-12 βυθίζεται στον πυθμένα της θάλασσας και παραμένει εκεί. Αυτό καθιστά τους επόμενους οργανισμούς στην κορυφή συγκριτικά πλούσιους σε άνθρακα-13. Όταν η κυκλοφορία είναι καλή, ο άνθρακας-12 από το κάτω μέρος επαναφέρεται προς τα πάνω και οι οργανισμοί έχουν μια κανονική αναλογία άνθρακα-12 προς άνθρακα-13.