Testiranje omjera izotopa ugljika u drevnim slojevima ili fosilima može biti od pomoći u pristupu klimatskim uvjetima i biološkoj produktivnosti u vrijeme kada su oni postavljeni. Upotreba izotopa ugljika na ovaj način temelji se na principu da fotosintetski organizmi, kao što su alge, preferencijalno preuzimaju lakši i češći ugljik-12, dok za sobom ostavljaju teži ugljik-13. Tijekom masovnog izumiranja dolazi do manjeg povlaštenog unosa ugljika-12, a to se odražava u sedimentima.
Analiza omjera izotopa ugljika uobičajena je u pristupu utjecaju masovnih izumiranja, iako točan odnos omjera izotopa ugljika i produktivnosti nije u potpunosti shvaćen. Čini se da analiza ovih izotopa sugerira da je život doživio pet velikih izumiranja u posljednjih pola milijarde godina, iako su tri od njih bila značajno značajnija od druga dva. Sva ova masovna izumiranja bila su potkrijepljena naglim smanjenjem biološke raznolikosti u fosilnom zapisu. Varijacije u izotopima ugljika tijekom vremena poznate su kao upadi, odnosno izleti.
Osim pristupa masovnim izumiranjem, omjeri izotopa ugljika također se koriste za procjenu nastanka života. Nedavno su dokazi izotopa ugljika ukazali na iznimno rano podrijetlo fotosintetskih cijanobakterija, prvih poznatih živih organizama, prije čak 4.3 milijarde godina, samo 100 milijuna godina nakon početnog ukapljivanja vode i oko 267 milijuna godina nakon formiranja sama Zemlja. Ako je istina, to je fascinantno, jer su ga ranije procjene o nastanku života postavile mnogo kasnije, prije oko 3.6 milijardi godina. Ako je život nastao tako brzo nakon početnog formiranja Zemlje, zašto se onda uopće čini tako rijetkim u kozmosu? Možda se većina života u svemiru sastoji samo od mikroba, ali ako je tako, može se činiti neobičnim da nijedan od tih mikroba još nije evoluirao u inteligentna bića koja su nas posjetila.
Omjeri izotopa ugljika također se mogu koristiti za pristup stupnju cirkulacije u oceanima prije milijuna godina. Kada je cirkulacija niska, biomaterijal bogat ugljikom-12 tone na morsko dno i tamo ostaje. To čini sljedeće organizme na vrhu relativno bogatim ugljikom-13. Kada je cirkulacija dobra, ugljik-12 s dna se vraća na vrh, a organizmi imaju normalan omjer ugljika-12 i ugljika-13.