jádro každého atomu obsahuje protony a neutrony. Zatímco počet protonů definuje prvek(např. vodík, uhlík atd.) a součet protonů a neutronů dává atomovou hmotnost, počet neutronů definuje izotop tohoto prvku. Například většina uhlíku (≈99 %) má 6 protonů a 6 neutronů a je napsána jako 12C, aby odrážela jeho atomovou hmotnost., Nicméně asi 1% uhlíku v biosféře Země má 6 protonů a 7 neutronů (13C) tvořících těžký stabilní izotop tohoto důležitého prvku. Stabilní izotopy se nerozkládají na jiné prvky. Naproti tomu radioaktivní izotopy (např. 14C) jsou nestabilní a rozpadají se na jiné prvky.
méně hojný stabilní izotop(y) prvku má jeden nebo dva další neutrony než protony, a proto jsou těžší než běžnější stabilní izotop pro tyto prvky., Jak těžké a lehké stabilní izotopy svobodně účastnit chemických reakcí a biologických a geochemických procesů, ale rychlost, při které těžké a lehké stabilní izotopy reagují při fyzické nebo chemické reakce se liší. Chemické vazby a atraktivní síly atomů s těžkými stabilními izotopy jsou silnější než ty, které jsou častější, lehčí izotopy prvku. Jako výsledek, těžší izotopy reagují pomaleji než lehčí izotopy vedoucí k izotopové separaci nebo frakcionaci mezi reaktantem a produktem ve fyzikálních i biologických reakcích., Frakcionace těžkých a lehkých stabilních izotopů je důležité, protože to a) vytváří variace na stabilní izotop poměr různých prvků bazény a b) stanoví izotop signálu, které mohou naznačovat existenci nebo rozsahu klíčových procesů s elementární jízda na kole.