Jedes chemische Element besteht aus leichten und schweren Atomen, sogenannten „Isotopen“. Es gibt radioaktive Isotope, die in andere Elemente zerfallen (z.B. 14C) und stabile Isotope, die über geologische Zeiträume unverändert bleiben.
Wir können in jedem Jahrring leichte und schwere Isotope der Elemente Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff messen. Somit rechnen wir das anteilmässige Verhältnis der schweren und leichten Isotope des Elements Kohlenstoff in den einzelnen Jahrringen. Dies gibt z.B. darüber Auskunft, wie Bäume im jeweiligen Jahr die winzigen Spaltöffnungen in ihren Blättern reguliert haben. Je nach Öffnungsweite der Spaltöffnungen können nämlich mehr oder weniger von den schweren, trägen Kohlenstoff-Isotopen ins Blattinnere gelangen und bei der Photosynthese weiter verarbeitet werden.
Wenn man also in den Jahrringen das Verhältnis von schweren zu leichten Kohlenstoff-Isotopen misst, kann man die Regulierung der Spaltöffnungen und damit die Reaktion der Bäume auf den CO2-Anstieg in der Atmosphäre und andere Umwelteinflüsse in die Vergangenheit zurück verfolgen.
Über die Präsenz der radioaktiven 14C Isotope und ihrer Zerfallsrate hingegen kann das Alter der Jahrringen von historischen, archäologischen und subfossilen Hölzern bestimmt werden.