同位素指拥有相同质子数而中子数不同的核素。

同位素按其稳定性可分为稳定同位素和放射性同位素：稳定同位素指不会因放射性衰变衰变成其他元素的同位素；放射性同位素指可经过α衰变、β衰变及γ衰变等方式自发地衰变成其他元素的同位素。

同位素拥有相同的质子数，然而其质量数不同，因而不同同位素及其组成的分子之间存在微小的物理化学性质差异，称为同位素效应。

因为同位素效应存在，使在物理化学反应中，不同同位素分子在反应进程中，其相对丰度#8212;#8212;同位素之间的相对比例会发生变化，这种现象被称为同位素分馏现象，产生分馏值Δ。

稳定同位素应用于地球生物化学研究，是利用同位素在物理及化学反应中的同位素分馏现象受到许多环境因素的影响，因而导致反应结果中生成物同位素丰度产生变化。

因此需要方便的表达同位素值的方式。

同位素比值(R)是同位素分析结果的表达方式之一，其定义为某元素重同位素丰度与轻同位素丰度之比，即 其中X*指重同位素的丰度，X0指轻同位素丰度。

然而对于大多数元素，其重同位素丰度远小于其轻同位素丰度，故而R值非常小，不便于同位素分析应用。

因此通常利用同位素相对值(δ)来表示同位素分析结果，该值是样品同位素比值(R)与某一标准物质同位素比值（R）的千分差，即（1-2） 其中R样品指样品中的同位素比值，R标准指标准物质中的同位素比值。

元素碳有两种不同的稳定同位素，分别为12C与13C，其在大气二氧化碳中的丰度分别为98.9%与1.1%，故大气二氧化碳中碳同位素比值R=1.1%/98.9%≈0.0111。