由于同位素效应所造成的同位素以不同比例在不同物质或不同相之间的分配称为同位素分馏。这里需引入二个概念。同位素比值：定义为单位物质中某元素的重同位素和轻同位素的原子数之比，如在陨石中硫同位素比值为：
     当我们谈论同位素比值时，总是指重同位素和轻同位素之比。同位素分馏系数：定义为在平衡条件下，经过同位素分馏之后二种物质（或馏份）中某元素的相应同位素比值之商。设某二种物质为A，B，某元素的同位素比值为RA，RB，则同位素分馏系数为：
     所以当我们讨论同位素分馏系数时，必须指明是那种物质对那种物质。一般α值为接近1的一个数字，离1愈远，同位素分馏就愈大，α=1表示物质间无同位素分馏。R 值可通过具体对象的测定而获得，某种物理化学环境下的α值则可通过实验过程确定。把R和α两者联系起来，可用来探讨地质过程的物理化学状况。