Isotoper är variationer av kemiska element som innehåller olika antal neutroner. Eftersom isotoper är igenkännliga ger de ett effektivt sätt att spåra biologiska processer under experiment. Det finns många potentiella användningsområden för isotoper i experiment, men flera tillämpningar är mer utbredda.
Isotoper differentierade

Varje kemiskt element har ett unikt antal protoner, ett faktum som gav upphov till det periodiska systemet. På liknande sätt har en isotop av ett visst element sitt eget unika antal neutroner; beteckningen av en isotop bestäms av summan av protoner och neutroner i kärnan (benämnd massantalet). Ett element kan ha valfritt antal isotoper. Exempelvis har kol-12 och kol-13 båda sex protoner, men den senare innehåller ytterligare en neutron. Eftersom antalet neutroner i en atoms kärna har en försumbar effekt på kemiska egenskaper, ger isotoper ett effektivt sätt att studera olika biologiska processer utan att påverka deras naturliga gång. I betydelse: Livsmedelssäkerhet

de som produceras av naturligt förekommande livsprocesser) kan ha betydande variationer av kol, kväve och syreisotoper, vilket gör dem till ett enklare mål för analys. Livsmedelssäkerhetsapplikationer gör det möjligt att spåra ursprungslandet för vissa livsmedelsprodukter, som nötkött, med användning av kol- och kväveisotoper. Byråer och tillverkare kan också bestämma metoden för utfodring av boskap - organiskt eller konventionellt - genom att analysera kol, kväve och svavelisotoper. Genom att studera kol- och syreisotopdata är det möjligt att bestämma var i Medelhavet olika olivoljor kommer från, och hur "naturliga" fruktjuiceprodukter är.
Användning: Isotopisk märkning

Ovanliga isotoper kan användas som markörer vid kemiska reaktioner. Detta kan vara till hjälp, särskilt inom cellbiologi, där forskningslabor som Johns Hopkins universitets Pandey-laboratorium hittar nya sätt att studera cancer och andra livshotande tillstånd. Exempelvis är stabil isotopmärkning med aminosyror (SILAC) i cellkultur en process genom vilken systercellpopulationer differentieras in vitro med olika former av aminosyror. Aminosyrorna införlivas i proteinerna som studeras och eftersom de uppträder identiskt med varandra trots deras olika kärnkomposition kan nysyntetiserade proteiner studeras närmare deras kontrollerade (naturligt förekommande) motsvarigheter.
Användning: Radioactive Dating

Radioaktiva isotoper används ofta för att mäta åldern på material som innehåller kol. En populär metod för radioaktiv datering kallas kolindatering - datering av organiska material. Eftersom radioisotopens liv inte påverkas av något inflytande utanför kärnan, fungerar dess förutsägbara förfallshastighet som en klocka. Att studera radioisotoper i omgivningen av djurfossiler, till exempel, ger ett sätt att uppskatta åldern på dessa fossiler.