В большинстве своём химические элементы являются смесями нескольких изотопов, различающихся атомными весами. Для исследования изотопного состава применяется ряд методов, которые основаны либо непосредственно на различии атомных весов изотопов (масс-спектрометрический метод), либо на различии их физических свойств (денситометрический метод, рефрактометрический метод анализа воды, анализ газов по их теплопроводности, методы анализа по радиоактивным свойствам изотопов, спектральные методы по атомным и молекулярным спектрам).