Isotopethumb|upright=1.2|Quelques isotopes de l'oxygène, de l'azote et du carbone. On appelle isotopes (d'un certain élément chimique) les nucléides partageant le même nombre de protons (caractéristique de cet élément), mais ayant un nombre de neutrons différent. Autrement dit, si l'on considère deux nucléides dont les nombres de protons sont Z et Z, et les nombres de neutrons N et N, ces nucléides sont dits isotopes si Z = Z et N ≠ N.
Molécule d'eauLa molécule d’eau, de formule , est le constituant essentiel de l’eau pure. Celle-ci contient également des ions résultant de l’autoprotolyse de l’eau selon l’équation d'équilibre : H + OH (ou 2 HO + OH). L’eau pure n’est pas présente dans la nature et doit être obtenue par des processus physiques. Cette molécule a des propriétés complexes à cause de sa polarisation (voir la section Nature dipolaire). L’eau à pression ambiante (environ un bar) est gazeuse au-dessus de , solide en dessous de et liquide entre les deux.
Géochimie isotopiqueLa géologie isotopique est une branche de la géologie, apparentée à la géochimie, qui exploite l'étude des isotopes stables et radioactifs présents sur Terre pour en étudier la composition et les variations au cours des temps géologiques. À l'origine, la géologie isotopique a consisté à utiliser les connaissances concernant la radioactivité afin de dater des roches et des minéraux. Cette discipline, au carrefour de la géologie et de la physique nucléaire, s'est surtout illustrée par ses méthodes de datation absolue.
Traceur isotopiqueLes traceurs isotopiques sont utilisés en chimie, en hydrochimie, en géologie isotopique et en biochimie afin de mieux comprendre certaines réactions chimiques, interactions ou la cinétique environnementale de certains éléments. Les processus biologiques, physiques et chimiques induisent en effet une répartition différentielle des isotopes légers et lourds, comportement appelé fractionnement isotopique. Le traçage isotopique utilise cette propriété des traceurs isotopiques.
Eau lourdeL'eau lourde ou oxyde de deutérium DO (ou HO) est constituée des mêmes éléments chimiques que l'eau ordinaire (ou HO), mais ses atomes d'hydrogène sont des isotopes lourds, du deutérium (le noyau de deutérium comporte un neutron en plus du proton présent dans tout atome d’hydrogène). C'est Gilbert Lewis qui isola le premier échantillon d'eau lourde pure, en 1933. L'eau semi-lourde, ou eau deutérée, est l'oxyde mixte HDO (ou HHO). Dans les océans, les mers et les eaux de surface, elle est bien plus abondante que l'eau lourde.
