Studiet av Geokjemi stabile isotoper i naturlig forekommende sedimenter og biologiske strukturer. Stabile isotoper er atomic variasjoner av elementer som er stabile over lengre tid, betyr at de ikke radioactively forfall. Flere elementer som oksygen og karbon, har flere stabile former. Oksygen, for eksempel forekommer i naturen som 16O og 18O-disse to formene er isotoper. De har forskjellig antall nøytroner (16O har to mer nøytroner enn 18O), og og er derfor tyngre. Fordi de to isotopene har forskjellige massene, kjemiske og fysiske reaksjoner som bonding, fordampning og nedbør oppstå ved ulike frekvenser. Forholdet mellom stabile isotoper er bevart i kjemiske forbindelser som vann, is og kalsiumkarbonat og gir informasjon om de miljømessige forholdene på tiden sammensatt dannet. For eksempel forholdet mellom 18O/16O i en is prøven er knyttet til vanntemperaturen av gamle hav, som i sin tur gjenspeiler gamle klima.