光合作用通过若干新陈代谢途径将二氧化碳转化为碳水化合物，为生物体提供能量，并优先与某些稳定的碳同位素发生反应。一种稳定同位素对另一种稳定同位素的选择性富集产生了不同的同位素分馏，这种分馏可以在含氧光合作用中测量和关联。碳同位素分馏的程度受几个因素的影响，包括生物体的新陈代谢、解剖学、生长速度和环境条件。了解不同物种之间碳分馏的这些变化对生物地球化学研究很有帮助，包括重建古生态学、植物进化和食物链的特征。
氧光合作用是一种由自养生物（包括植物、藻类和蓝藻）促进的代谢途径。该途径利用水和光能，将大气或水生环境中的无机二氧化碳转化为碳水化合物，然后释放分子氧作为产物。有机碳相对于来自大气或水中的初始无机碳，含有较少的稳定同位素Carbon-13，即13C，这是因为光合固碳涉及几个具有动力学同位素效应的分馏反应。这些反应由于克服了活化能障碍而受到限制，所以发生了动力学同位素效应。较轻的同位素在化学键的量子阱中具有较高的能态，使其优先形成产物。不同的生物体通过不同的机制固定碳，这反映在不同的光合作用途径中不同的同位素组成上（见下表，以及 "碳同位素测量 "部分的符号解释）。
