研究自然界中的同位素及其相对丰度，以及由各种天然反应或分馏过程造成的丰度变化，并鉴定、解释其变化规律和原因的学科。其研究结果普遍应用于各类地质、考古、环境等样品的年代测定（参见“同位素地质年代学”），或确定它们的物质来源、形成条件与成因机制。