同位素質量的相對差別越大，所引起的物理和化學性質上的差別也越大。對于輕元素同位素化合物的各種熱力學性質已作過足夠精密的測定。熱力學同位素效應研究中最重要的，是同位素交換反應平衡常數的研究，已在實驗和理論方面進行了大量工作。
蒸氣壓同位素效應也很重要，已可半定量地進行理論計算。熱力學同位素效應是輕元素同位素分離的理論基礎，也是穩定同位素化學的主要研究內容。
