同位素标记所利用的放射性核素（或稳定性核素）及它们的化合物，与自然界存在的相应普通元素及其化合物之间的化学性质和生物学性质是相同的，只是具有不同的核性质。因此，可以用同位素作为一种标记，制成含有同位素的标记化合物（如标记食物、药物和代谢物质等）代替相应的非标记化合物。利用放射性同位素不断地放出特征射线的核性质，用核探测器随时追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等。稳定同位素虽然不释放射线，但可以利用它与普通同位素的质量之差，通过质谱仪、气相层析仪、核磁共振仪等质量分析仪器来测定。放射性同位素和稳定同位素都可作为示踪剂，但稳定同位素作为示踪剂其灵敏度较低，可获得的种类少，价格较昂贵，其应用范围受到限制；而用放射性同位素作为示踪剂具有灵敏度高，测量方法简便易行，准确定量，精确定位及符合所研究对象的生理条件等特点，缺点是有放射性。

根据示踪原子在标记分子中的分布情况，标记类型可分为：特殊标记、均匀标记、一般标记、标称标记和双标记。

标记方法有化学合成法、生物合成法（生物化学法）、同位素交换法、辐射合成法、热原子反冲标记法等。