碳同位素分析是一種用於測定碳元素中不同同位素比例的技術，主要用於科學研究，如地球科學、考古學和生物學等。碳有三種主要的同位素：碳-12（12C）、碳-13（13C）和碳-14（14C），其中12C是最豐富的，占約98.93%，而13C占約1.07%，14C因放射性很少存在。
碳同位素分析的主要原理是利用質譜儀來測定樣品中不同碳同位素的比例，在分析過程中，首先將樣品中的有機碳轉化為氣態化合物，然後引入質譜儀，質譜儀通過電離和分離樣品中的離子，測量這些離子的質量和相對豐度，從而確定樣品中碳同位素的比例。
碳同位素分析的套用非常廣泛，主要包括：石油源區識別、石油類型鑑定、石油儲層評價、石油勘探開發以及油氣地球化學研究等。此外，在考古學中，通過分析人體骨骼中的碳同位素比例，可以重建古代人類的飲食習慣和生活環境。