CO2是不燃，不爆炸，无辐射的气体在世界上广泛用于物理、化学、生物和医疗领域。通过化学合成，以13CO2作为原材料，可以生产大量的复杂化合物。这些化合物在环境标准，法医研究和诊断有广泛地应用。众所周知，13C尿素可以作为尿素呼吸测试（受检查者口服13C标记的尿素后，如果胃中存在幽门螺杆菌感染，就可以将13C标记的尿素分解为13C标记的CO2因此，通过用高精度的气体同位素比值质谱仪来探测呼气中的13C—CO2即可诊断幽门螺杆菌的感染，由于口服的13C-尿素到达胃后呈均匀分布，只要在13C-尿素接触的部位存在着幽门螺杆菌感染，就可灵敏地检测到。）近年来，更多的由此延伸的多种化合物在非入侵呼吸试验也进入医学实践。 在激光器中13CO2也用作激光气体。不仅在基础研究中使用，在临床中也用于激光腹腔镜。
生物学家用同位素标记13C气体喂馈海藻，细菌和其他微生物，用核磁共振研究其新陈代谢过程。可以从13C标记有机物萃取各种氨基酸，蛋白，脂肪，醣和DNA。喂养标记的藻类或细菌生成的高级微生物，萃取的成分数量会急剧增加。科学家利用标记成分决定大分子的结构和蛋白间配合基体的相互作用。让藻类在一个纯13CO2的气氛中生长，使藻能够均匀地进行13C标记，有人用这种13C标记的螺旋藻喂养母鸡，可以对活泼的氨基酸进行研究
13C葡萄糖和13C谷胺酸一个重要的应用是用于在脑内补偿代谢MRI(磁共振成像)。细胞增生可以用13C标记DNA来测量。使用13C标记成分和现代13C－MRS(磁共振谱仪)可以探索基因结构和基因定量，全面地了解人类基因和生命细胞分子成分变化。 13CO2直接应用到生物系统（例如将富集的13CO2空气覆盖田地土壤）可以监测生物中碳的动态以进行生命试验。13C标记的物质可以用于跟踪土壤中有机碳成分以及输送的渠道。
由于植物从空气中吸收二氧化碳，CO2也能用13C加以标记。这可以用于基础科学和应用科学的研究。例如，营养生物利用度以及用标记植物喂养的有机物的新陈代谢。（动物和人类从不同食物摄取营养的生物利用度）。 13C标记化合物和分析仪器设备的发展，使扩展了稳定同位素应用，对人类和环境的认知上开拓了新的领域。
