Địa hóa đồng vị là một khía cạnh của địa chất học, dựa trên các nghiên cứu về nồng độ tương đối và tuyệt đối của các nguyên tố và các đồng vị của chúng trong Trái Đất. Những biến đổi về nồng độ của các đồng vị, đặc biệt được xác định theo phương pháp phổ khối gia tốc (accelerator mass spectrometry) hay phương pháp phổ khối tỉ số đồng vị, có thể cung cấp thông tin về tuổi của đá, hay chúng có nguồn từ nước hoặc không khí. Các tỉ số đồng vị thậm chí có thể làm sáng tỏ các quá trình hóa học trong khí quyển. Ở khía cạnh rộng hơn, lĩnh vực địa hóa đồng vị có thể được chia thành hai nhánh là địa hóa đồng vị bền và đồng vị phóng xạ.