13CO2同位素气体可作为生产大量复杂化合物的原料。这些化合物广泛应用于环境标准、法医学研究和诊断。

13C尿素可作为尿素呼气试验（口服13CO2同位素标记尿素后，如果胃感染幽门螺杆菌，13C标记尿素可分解为13C标记的CO2，因此，可通过高精度气体同位素比值质谱法检测呼吸中的13CO2同位素气体来诊断HP感染，因为口服13C尿素到达后分布均匀。在胃中，只要13C尿素接触区有HP，就可以敏感地检测到螺旋菌感染。）近年来，越来越多的这种延伸化合物也被引入到非侵入性呼吸测试的医学实践中。13CO2也被用作激光器中的激光气体。它不仅可用于基础研究，也可用于临床激光腹腔镜检查。

生物学家用同位素标记的气体13CO2喂养藻类、细菌和其他微生物，并用核磁共振研究它们的代谢。各种氨基酸、蛋白质、脂肪、糖和DNA可从13C标记的有机化合物中提取。当食用有标记的藻类或细菌产生的高级微生物时，提取成分的数量会显著增加。科学家使用标记成分来确定大分子结构和蛋白质配位基质之间的相互作用。让藻类在纯13CO2的大气中生长，这样它们就可以均匀地标记13C。用13CO2标记的螺旋藻饲喂母鸡,可以研究活性氨基酸的同位素气体。

13C-葡萄糖和13C-谷氨酸的一个重要应用是代谢物MRI（MRI）在大脑中的补偿。细胞增殖可以用同位素气体13CO2标记的DNA来测量。利用13C标记成分和现代13C-MRS（磁共振波谱）技术，探索基因的结构和定量，全面了解人类基因和活细胞分子组成的变化。13CO2同位素气体可直接应用于生物系统（例如，富集的13CO2同位素气体可用于覆盖农业土壤），以监测生物体内的碳动态，以便进行生物测试。13CO2同位素气体可用于跟踪土壤有机碳组成和运移途径。

由于植物从空气中吸收二氧化碳，二氧化碳也可以被标记为13CO2同位素气体，可用于基础科学和应用研究。例如，标记植物的营养生物利用度和有机物代谢。（动物和人类不同食物营养素的生物利用度）。随着13C标记化合物和分析仪器设备的发展，稳定同位素的应用范围不断扩大，开辟了人类和环境认知的新领域。