同位素是指原子序數相同而原子量不同的同種元素。當化合物分子中的原子被相同元素的同位素所取代，而取代后的分子性質沒有改變時，稱為 “同位素標記”。同位素標記是研究體內代謝水平的常用方法，將同位素標記的化合物引進代謝體系來觀察其代謝過程與結果的方法就是同位素示蹤法。同位素有穩定同位素和放射性同位素兩種，二者都可作為示蹤原子應用于代謝研究，但放射性同位素比穩定同位素應用更為方便，使用也較為廣泛。例如研究氨基酸的脫羧反應，將14C標記在羧基上，只有這種定位標記的氨基酸才能在脫羧后產生14CO2。氚標記的胸腺嘧啶核苷 (3H‐TdR)和尿嘧啶核苷 (3H‐UR)是兩種常用的示蹤劑，前者能有效地結合到DNA中，后者則能摻入到RNA中，它們的輻射分解速度隨放射性的增高及保存時間的延長而增加，在不同溫度和不同溶液中的穩定性也不同。