CO2是不燃，不爆炸，無輻射的氣體在世界上廣泛用于物理、化學、生物和醫療領域。通過化學合成，以13CO2作為原材料，可以生產大量的復雜化合物。這些化合物在環境標準，法醫研究和診斷有廣泛地應用。眾所周知，13C尿素可以作為尿素呼吸測試（受檢查者口服13C標記的尿素后，如果胃中存在幽門螺桿菌感染，就可以將13C標記的尿素分解為13C標記的CO2因此，通過用高精度的氣體同位素比值質譜儀來探測呼氣中的13C—CO2即可診斷幽門螺桿菌的感染，由于口服的13C-尿素到達胃后呈均勻分布，只要在13C-尿素接觸的部位存在著幽門螺桿菌感染，就可靈敏地檢測到。）近年來，更多的由此延伸的多種化合物在非入侵呼吸試驗也進入醫學實踐。 在激光器中13CO2也用作激光氣體。不僅在基礎研究中使用，在臨床中也用于激光腹腔鏡。
生物學家用同位素標記13C氣體喂饋海藻，細菌和其他微生物，用核磁共振研究其新陳代謝過程。可以從13C標記有機物萃取各種氨基酸，蛋白，脂肪，醣和DNA。喂養標記的藻類或細菌生成的高級微生物，萃取的成分數量會急劇增加。科學家利用標記成分決定大分子的結構和蛋白間配合基體的相互作用。讓藻類在一個純13CO2的氣氛中生長，使藻能夠均勻地進行13C標記，有人用這種13C標記的螺旋藻喂養母雞，可以對活潑的氨基酸進行研究
13C葡萄糖和13C谷胺酸一個重要的應用是用于在腦內補償代謝MRI(磁共振成像)。細胞增生可以用13C標記DNA來測量。使用13C標記成分和現代13C－MRS(磁共振譜儀)可以探索基因結構和基因定量，全面地了解人類基因和生命細胞分子成分變化。 13CO2直接應用到生物系統（例如將富集的13CO2空氣覆蓋田地土壤）可以監測生物中碳的動態以進行生命試驗。13C標記的物質可以用于跟蹤土壤中有機碳成分以及輸送的渠道。
由于植物從空氣中吸收二氧化碳，CO2也能用13C加以標記。這可以用于基礎科學和應用科學的研究。例如，營養生物利用度以及用標記植物喂養的有機物的新陳代謝。（動物和人類從不同食物攝取營養的生物利用度）。 13C標記化合物和分析儀器設備的發展，使擴展了穩定同位素應用，對人類和環境的認知上開拓了新的領域。
