穩(wěn)定性同位素不具有放射性，無論在分離、標(biāo)記化合物合成及應(yīng)用過程中均無特殊防護(hù)要求，操作簡便、使用安全、無毒性，可直接用于動(dòng)物及人體的營養(yǎng)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)研究及生物醫(yī)學(xué)、藥物研發(fā)、營養(yǎng)代謝等等諸多領(lǐng)域。
  生命科學(xué)領(lǐng)域，核磁共振（NMR）和質(zhì)譜（MS）波譜研究不同蛋白質(zhì)種群的結(jié)構(gòu)、功能等需要穩(wěn)定性同位素整合技術(shù)，其中包括同位素編碼親和標(biāo)記方法（ICATTM）、細(xì)胞培養(yǎng)中氨基酸穩(wěn)定同位素標(biāo)記技術(shù)（SILAC）、目標(biāo)蛋白的絕對(duì)定量分析方法（AQUATM）等。穩(wěn)定性同位素通過生物代謝引入、酶解引入或化學(xué)性引入到蛋白質(zhì)等生物大分子中，通過大型儀器分析后選用分子生物學(xué)軟件處理可以得到生物大分子的結(jié)構(gòu)圖。?
 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，穩(wěn)定性同位素產(chǎn)品目前已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的臨床研究、多種疾病的診斷與鑒別、病情判斷、治療效果評(píng)價(jià)、臟器功能研究和新藥開發(fā)等方面，如PET診斷、13C-尿素呼氣法檢測(cè)幽門螺旋桿菌、腫瘤治療（硼中子捕獲療法）、藥物研究等。 
  在環(huán)境科學(xué)研究中，在不同的環(huán)境條件下，穩(wěn)定性同位素的組成會(huì)有一定的差異，氮同位素就是一種很好的污染物指示劑。在生態(tài)系統(tǒng)污染的監(jiān)測(cè)中，測(cè)定的15N值還可以作為水域環(huán)境污染程度指標(biāo)。通過使用穩(wěn)定性同位素技術(shù)，可以使生態(tài)學(xué)家測(cè)出許多隨時(shí)空變化的生態(tài)過程，同時(shí)又不會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的自然狀態(tài)和元素的性質(zhì)造成干擾。穩(wěn)定性同位素15N能夠被用來測(cè)定植物通過氮固定或吸收土壤NH4+及NO3-獲得氮素相對(duì)比率；確定土壤中碳和氮周轉(zhuǎn)速率；判定N2O的來源（硝化細(xì)菌或反硝化細(xì)菌）；確定食物鏈的長度；確定空氣和水體污染物的來源；如何確定植物的分布區(qū)域等。?
  能量代謝研究集中在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、兒童營養(yǎng)、食物營養(yǎng)以及減肥、宇航員飲食等方面。采用穩(wěn)定性同位素示蹤法是研究新陳代謝的方法之一，常用穩(wěn)定同位素有15N、13C、18O等標(biāo)記。
糖脂代謝研究，糖尿病是一種以糖代謝失常為主的內(nèi)分泌代謝性疾病，通常表現(xiàn)為整體的代謝紊亂(包括糖、脂、氨基酸代謝紊亂等)，因此，非常適合應(yīng)用穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)來弄清代謝物質(zhì)的來龍去脈[8]。該技術(shù)的特點(diǎn)是測(cè)試的高精度和超高精度, 可達(dá)到接近PPM級(jí)（百萬分之一）,它不但能追蹤化合物的整個(gè)分子，還能追蹤其某個(gè)原子，比如葡萄糖分子各個(gè)原子的不同代謝途徑, 哪些原子進(jìn)入了三羧酸循環(huán)產(chǎn)生能量，而哪些原子用于脂肪酸的合成等。早在上世紀(jì)70年代，Bier等[9]就在動(dòng)物和成人中使用13C和2H標(biāo)記的穩(wěn)定性同位素（雙標(biāo)記法）通過GC/MS監(jiān)測(cè)體內(nèi)葡萄糖和丙氨酸的代謝。近期有學(xué)者[12]用 U-13C標(biāo)記葡萄糖，采用核磁共振技術(shù)，發(fā)現(xiàn)長期血糖控制不良的1型糖尿病和持續(xù)應(yīng)用胰島素泵血糖控制尚平穩(wěn)的1型糖尿病患者對(duì)比，持續(xù)皮下胰島素治療可以明顯減少肝臟內(nèi)源性葡萄糖產(chǎn)生，改善糖異生作用，提示長期血糖控制不良的T1DM肝糖代謝并非不可逆。 
  穩(wěn)定性同位素還可以追蹤不同階段脂質(zhì)合成、脂肪分解、脂肪酸氧化的變化。在肥胖伴有2型糖尿病患者與單純肥胖患者的比較中發(fā)現(xiàn)，前者胰島素抑制脂肪分解作用明顯受損[13]。McQuaid等[14]用U-13C標(biāo)記棕櫚酸、亞麻油酸、油酸示蹤，在腹型肥胖和體型偏瘦的正常人中比較發(fā)現(xiàn)，肥胖患者脂肪組織量增多，而其脂肪組織儲(chǔ)存脂肪的能力則明顯下降。從而進(jìn)一步導(dǎo)致血漿FFA水平明顯增加和異位脂肪沉積。目前認(rèn)為腹部脂肪堆積引起局部性糖皮質(zhì)激素增多進(jìn)一步加重脂毒性和胰島素抵抗。Basu等[15]在正常人中肝靜脈中注射[9,11,12,12-2H4]氫化可的松(D4-氫化可的松)，可的松通過11β羥類固醇脫氫酶1型途徑生成氫化可的松，發(fā)現(xiàn)內(nèi)臟氫化可的松的產(chǎn)生和身體其余部分產(chǎn)生量基本相當(dāng)。然而肥胖患者（不管是否伴有2型糖尿病）其內(nèi)臟氫化可的松產(chǎn)生量明顯增加[16]。
  在農(nóng)業(yè)科研領(lǐng)域，穩(wěn)定性同位素15N、13C廣泛應(yīng)用于植物生理生化研究、土壤與植物營養(yǎng)研究、植物保護(hù)研究、水稻、花卉、農(nóng)產(chǎn)品等作物的改良研究、草地的氮素循環(huán)研究等方面。在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的穩(wěn)定性同位素產(chǎn)品大部分為低豐度產(chǎn)品。低豐度的15N標(biāo)記尿素、15N標(biāo)記硫酸銨、15N標(biāo)記硝酸銨、15N標(biāo)記氯化銨等無機(jī)鹽類是比較常用的肥料示蹤劑。 
  在分析測(cè)試領(lǐng)域，食品、農(nóng)藥殘留、興奮劑、海洛因的檢測(cè)中，穩(wěn)定性同位素技術(shù)具有獨(dú)特的作用。
  在地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)、古生物學(xué)、生態(tài)學(xué)等研究中也有著廣泛的應(yīng)用。穩(wěn)定同位素標(biāo)記化合物還可作為NMR和質(zhì)譜儀等分析檢測(cè)方法的內(nèi)標(biāo)物等。