生物同位素分馏（isotope fractionation in biological processes）是生物化学过程引起的同位素分馏。动物、植物及微生物在其生活过程中经常与周围介质发生大规模的物质交换，如动、植物的呼吸、光合作用、细菌的新陈代谢等。一般说来，轻同位素比重同位素更容易被吸收和参加新陈代谢。例如，植物在光合作用时主要吸收12C，并与之化合，因此，有机岩中12C的丰度一般较高。生物同位素分馏是一个复杂的过程，其分馏程度一般与新陈代谢的速度成反比。由于这一速度是可变的，因此，由生物分馏造成的同位素组成的变化范围通常较大。