稳定性同位素是指就目前检测技术来说，尚不能发现自行衰变的同位素，如12C、13C、16O、18O等。

如12C或者16O，存在的比例很高，大多超过99%，而13C或者18O比例很低。一般提及稳定性同位素，大多是指在自然界中含量较低的稳定性同位素，即13C，18O。

含有稳定性同位素的分子，与正常的分子相比，拥有相同的化学性质，但由于重量稍大，物理性质有着一定的差异，所以在一些过程中，同位素的含量会发生变化，这就是同位素分馏（Isotope Fractionation），正因为这个特性，稳定性同位素在地质历史中的变化为研究成岩作用提供了珍贵的地球化学信息，对了解环境演化具有重大意义。