到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)274種穩(wěn)定同位素，它們的質(zhì)量不同，因此它們的核自旋性質(zhì)也有很大的不同。核磁共振的相對頻率和相對靈敏度也有很大差異，為核磁共振和質(zhì)譜法檢測穩(wěn)定同位素豐度提供了技術(shù)依據(jù)。 由于穩(wěn)定同位素不具有放射性，在分離、合成和應(yīng)用標記化合物時沒有特殊的保護要求，使用方便、使用安全、無毒。它們可以直接應(yīng)用于動物和人體營養(yǎng)、臨床醫(yī)學(xué)研究和醫(yī)學(xué)診斷等許多領(lǐng)域。目前，氘（d2）和硼10（10b）等一些產(chǎn)品已經(jīng)工業(yè)化并得到廣泛應(yīng)用，它主要是通過重水電解生產(chǎn)的。除氘燈、氘化試劑、核磁共振和核聚變外，氣體主要用于光纖工業(yè)生產(chǎn)低水峰光纖。10B用于控制核反應(yīng)堆的反應(yīng)速度。氘和硼10被認為是目前大量消耗的同位素氣體產(chǎn)品。此外，碳13（13c）、氮15（15n2）、氧18（18o2）、氖22（22ne）等同位素氣體和同位素復(fù)合試劑在許多研究和分析中得到廣泛應(yīng)用。 穩(wěn)定同位素及其化合物具有相同的化學(xué)和生物性質(zhì)，但具有不同的物理性質(zhì)。因此，穩(wěn)定同位素可作為示蹤原子用于制備含穩(wěn)定同位素的標記化合物。用質(zhì)譜法和核磁共振法測定反應(yīng)后穩(wěn)定同位素的位置、數(shù)量和轉(zhuǎn)化率，利用它們的不同性質(zhì)和相應(yīng)的標記元素，了解反應(yīng)的機理、途徑和效果。 在生命科學(xué)領(lǐng)域，核磁共振（NMR）和質(zhì)譜（MS）需要穩(wěn)定的同位素整合技術(shù)來研究不同蛋白質(zhì)群體的結(jié)構(gòu)和功能，包括同位素編碼親和標記（ICATM）、細胞培養(yǎng)氨基酸穩(wěn)定同位素標記（SILAC）、靶蛋白絕對定量分析（AQUATM）等。通過生物代謝、酶水解或化學(xué)反應(yīng)將穩(wěn)定同位素引入蛋白質(zhì)等生物大分子中。利用分子生物學(xué)軟件進行大規(guī)模的儀器分析，可以得到生物大分子的結(jié)構(gòu)圖。 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，穩(wěn)定同位素產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于臨床研究、各種疾病的診斷與鑒定、疾病判斷、療效評價、器官功能研究和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域新藥開發(fā)，如PET診斷、幽門螺桿菌13C尿素呼氣檢測等。腫瘤治療（硼中子俘獲治療），藥物研究，等等。 在環(huán)境科學(xué)研究中，穩(wěn)定同位素的組成隨環(huán)境條件的變化而變化。氮同位素是污染物的良好指標。在生態(tài)系統(tǒng)污染監(jiān)測中，15n值也可作為水環(huán)境污染的指標。利用穩(wěn)定同位素技術(shù)，生態(tài)學(xué)家可以在不干擾生態(tài)系統(tǒng)自然狀態(tài)和元素性質(zhì)的情況下，測量許多隨時間和空間變化的生態(tài)過程。穩(wěn)定同位素15N可用于測定植物固氮或吸收土壤中NH4+和NO3-獲得的氮的相對比例；測定土壤碳氮周轉(zhuǎn)率；確定N2O（硝化細菌或反硝化細菌）的來源；確定食物鏈的長度；確定空氣和水污染物的來源；如何確定植物分布區(qū)域等。 能量代謝的研究主要集中在運動醫(yī)學(xué)、兒童營養(yǎng)、飲食營養(yǎng)、減肥、航天員飲食等方面。