Muinaisten kerrosten tai fossiilien hiili -isotooppisuhteiden testaamisesta voi olla hyötyä ilmasto -olosuhteiden ja biologisen tuottavuuden saavuttamisessa niiden vahvistamishetkellä. Hiili-isotoopin käyttö tällä tavalla perustuu periaatteeseen, että fotosynteettiset organismit, kuten levät, ottavat mieluiten kevyemmän ja yleisemmän hiili-12: n ja jättävät jälkeensä raskaamman hiili-13: n. Joukkosukupuuton aikana hiili-12: n etuoikeutettu imeytyminen on vähemmän, ja tämä heijastuu sedimentteihin.
Hiili -isotooppisuhteiden analysointi on yleistä massasukupuuttojen vaikutusten tunnistamisessa, vaikka hiili -isotooppisuhteiden tarkkaa suhdetta tuottavuuteen ei täysin ymmärretä. Näiden isotooppien analyysi näyttää viittaavan siihen, että elämä on kokenut viisi suurta sukupuuttoa sukupuuttoon viimeisen puolen miljardin vuoden aikana, vaikka kolme näistä oli merkittävämpiä kuin kaksi muuta. Kaikki nämä joukkosukupuutot vahvistivat fossiilisten ennätysten äkillinen biologisen monimuotoisuuden väheneminen. Hiili -isotooppien vaihtelut ajan mittaan tunnetaan hyökkäyksinä ja retkeinä.
Massasukupuuttojen lisäksi hiili -isotooppisuhteita käytetään myös elämän alkuperän arvioimiseen. Viime aikoina hiili -isotooppien todisteet viittasivat fotosynteettisten sinilevien, ensimmäisten tunnettujen elävien organismien, erittäin varhaiseen alkuperään niin kauan kuin 4.3 miljardia vuotta sitten, vain 100 miljoonaa vuotta veden nesteytyksen jälkeen ja noin 267 miljoonaa vuotta veden muodostumisen jälkeen Maa itse. Jos tämä on totta, tämä on kiehtovaa, sillä aikaisemmat arviot elämän alkuperästä asettivat sen paljon myöhemmin, noin 3.6 miljardia vuotta sitten. Jos elämä muodostui niin pian maapallon muodostumisen jälkeen, niin miksi se näyttää niin harvinaiselta kosmoksessa yleensä? Ehkä suurin osa maailmankaikkeuden elämästä koostuu vain mikrobeista, mutta jos on, voi tuntua epätavalliselta, ettei yksikään näistä mikrobeista ole vielä kehittynyt älykkäiksi olennoiksi, jotka ovat vierailleet meillä.
Hiili -isotooppisuhteita voidaan käyttää myös miljoonien vuosien takaisessa valtamerien kierrätysasteeseen. Kun kierrätys on vähäistä, hiilidioksidipitoinen biomateriaali uppoaa merenpohjaan ja pysyy siellä. Tämä tekee huipulla olevista organismeista suhteellisen runsaasti hiiltä-12. Kun verenkierto on hyvä, hiili-13 palautetaan alhaalta ylöspäin ja organismeilla on normaali suhde hiili-12 hiili-12: een.