到目前為止，已經發現274種穩定同位素，它們的質量不同，因此它們的核自旋性質也有很大的不同。核磁共振的相對頻率和相對靈敏度也有很大差異，為核磁共振和質譜法檢測穩定同位素豐度提供了技術依據。 由于穩定同位素不具有放射性，在分離、合成和應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。它們可以直接應用于動物和人體營養、臨床醫學研究和醫學診斷等許多領域。目前，氘（d2）和硼10（10b）等一些產品已經工業化并得到廣泛應用，它主要是通過重水電解生產的。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生產低水峰光纖。10B用于控制核反應堆的反應速度。氘和硼10被認為是目前大量消耗的同位素氣體產品。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合試劑在許多研究和分析中得到廣泛應用。 穩定同位素及其化合物具有相同的化學和生物性質，但具有不同的物理性質。因此，穩定同位素可作為示蹤原子用于制備含穩定同位素的標記化合物。用質譜法和核磁共振法測定反應后穩定同位素的位置、數量和轉化率，利用它們的不同性質和相應的標記元素，了解反應的機理、途徑和效果。 在生命科學領域，核磁共振（NMR）和質譜（MS）需要穩定的同位素整合技術來研究不同蛋白質群體的結構和功能，包括同位素編碼親和標記（ICATM）、細胞培養氨基酸穩定同位素標記（SILAC）、靶蛋白絕對定量分析（AQUATM）等。通過生物代謝、酶水解或化學反應將穩定同位素引入蛋白質等生物大分子中。利用分子生物學軟件進行大規模的儀器分析，可以得到生物大分子的結構圖。 在醫學領域，穩定同位素產品已廣泛應用于臨床研究、各種疾病的診斷與鑒定、疾病判斷、療效評價、器官功能研究和醫學領域新藥開發，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。 在環境科學研究中，穩定同位素的組成隨環境條件的變化而變化。氮同位素是污染物的良好指標。在生態系統污染監測中，15n值也可作為水環境污染的指標。利用穩定同位素技術，生態學家可以在不干擾生態系統自然狀態和元素性質的情況下，測量許多隨時間和空間變化的生態過程。穩定同位素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域等。 能量代謝的研究主要集中在運動醫學、兒童營養、飲食營養、減肥、航天員飲食等方面。