地热水同位素水文地质学（isotope hydrogeology of geothermalwater）是同位素方法在地热水水文地质研究中的应用学科。20世纪60年代以前，火山学家普遍认为现代火山区的热水来源于岩浆。1956～1963年，H 克雷格和D E 怀特等人研究了美国黄石地区地热流体中的18O、D（氘）和T（氚），结论是绝大多数地热系统的热水来源于当地的大气降水。此后，地下热水18O、D和T的研究便盛行起来，研究结果与早期的完全一致。对意大利拉德瑞罗地热水和地表冷水的研究表明，不论水在地下环流的时间长短，都是当地大气降水补给的。智利、印尼、法国、冰岛等国的地热区，绝大多数地热系统的热泉水都是当地冷大气降水和地下热水的混合物，地热水也源于大气降水，来源于附近的高地。希腊、意大利和日本等国通过对滨岸地热系统的8O和D的研究，发现地热水是当地冷水与热海水的混合物。阿法尔的阿萨尔湖地热系统则是在深部加热后的大气降水与冷盐湖水的混合物，这个地热系统产出矿化度高达19×10^4毫克/升（253℃）的热卤水，说明它的水源和矿物质来源的高度复杂性。放射性同位素应用于指示地热水循环时间的尝试尚未取得完满的结果。循环时间过长将超出氚的量度范围。大量死CO2（变质源）的存在阻碍了14C的应用。39Ar的半衰期为269年，适用的年代范围为50～1000年。