同位素比值R為某一元素的重同位素豐度與輕同位素豐度之比，例如D/H、13C/12C、34S/32S等，由于元素在自然界中輕同位素的相對豐度很高，而重同位素的相對豐度都很低，R值就很小且很冗長繁瑣不便于比較，故在實際工作中采用了樣品的δ值來表示樣品的同位素成分。樣品（sp）的同位素比值Rsp與標準物質（st）的同位素比值（Rst）比較，比較結果稱為樣品的δ值，其定義為：
δ（‰）=[(Rsp/ Rst)- 1]×1000
即樣品的同位素比值相對于標準物質同位素比值的千分差。
對同位素標準物質的要求是：（a）組成均一性質穩定；(b)數量較多，以便長期使用；(c)化學制備和同位素測量的手續簡便；（d）大致為天然同位素比值變化范圍的中值，以便用于絕大多數樣品的測定；（e）可以做為世界范圍的零點。
目前國際通用的同位素標準如下：
（1）氫同位素：分析結果均以標準平均大洋水（Standard Mean Ocean Water,即SMOW）為標準報導，D/HSMOW=（155.76 ± 0.10）× 10-6
（2）碳同位素：標準物質為美國南卡羅來納州白堊紀皮狄組層位中的擬箭石化石（Peedee Belemnite,即PDB），其13C/12C =（11237.2 ± 90）× 10-6
（3）氧同位素：大部分氧同位素分析結果均以SMOW標準報導，18O/16OSMOW=（2005.2 ± 0.43）×10-6，17O/16OSMOW=（373 ± 15）×10-6；而在碳酸鹽樣品氧同位素分析中則經常采用PDB標準，其18O/16O = 2067.1×10-6，它與SMOW標準之間存在一轉換關系。
（4）硫同位素：標準物質選用Canyon Diablo鐵隕石中的隕硫鐵(Troilite),簡稱CDT。34S/32SCDT= 0.0450045 ± 93
（5）氮同位素：選空氣中氮氣為標準。15N/14N =（3676.5 ± 8.1）×10-6
