同位素的质量差产生了同位素效应，造成不同物质间的同位素分馏，它可以由物理、化学和生物等各种作用引起。物理作用如扩散、蒸发、凝聚等在某些特定条件下可造成比较大的分馏，生物作用实质上是一种复杂的物理化学过程，对其机理和过程目前还不十分清晰。化学作用则可通过同位素交换反应等实现。