原理是利用放射性核素或稳定性核素及其化合物来研究物质的运行和变化过程。

这些同位素与自然界中存在的相应普通元素及其化合物具有相同的化学性质和生物学性质，但具有不同的核物理性质。通过标记化合物中的同位素，可以追踪这些化合物在体内或体外的位置、数量及其转变等。放射性同位素因其能不断放出特征射线，可以用核探测器随时追踪其动态；而稳定性同位素虽不释放射线，但可以利用质谱仪、气相层析仪、核磁共振等质量分析仪器通过与普通相应同位素的质量之差来测定。放射性同位素示踪法的灵敏度很高，能够检测到非常低的量级，例如可以从10^15个非放射性原子中检出一个放射性原子123。