自然界中铪有6个同位素：¹⁷⁴Hf、¹⁷⁶Hf、¹⁷⁷Hf、¹⁷⁸Hf、¹⁷⁹Hf和¹⁸⁰Hf，它们的丰度分别为0.162%、5.206%、18.606%、27.297%、13.629%和35.100%。其中¹⁷⁶Hf是由¹⁷⁶Lu经过β衰变形成的稳定同位素（即¹⁷⁶Lu→¹⁷⁶Hf+β）。所以，Hf同位素丰度的变化取决于天然物质中Lu/Hf比值和年龄。¹⁷⁶Lu的半衰期很长，为（3.53±0.014）×10¹⁰年。据计算，在45.67亿年内陨石中¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值的增加还不到1%，且Hf的电离温度高，因此，需要精度高达十万分之几的多接收等离子体质谱才能满足铪同位素的高精度分析测定。

在铪同位素地球化学研究中，球粒陨石均一储库（CHUR）的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf=0.0332±0.002、¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf=0.282772，代表地球或未经化学分异的原始地幔的初始比值。在地球演化过程中壳幔分离时，Hf比Lu优先进入地壳，从而使地壳的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf和¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值小于CHUR值。而上地幔的铪相对于CHUR是亏损的。因此，若样品中¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf相对于CHUR中该比值的万分偏差eHf≥0，表明该样品来源于地幔；若eHf＜0，则来自地壳。LA-MC-ICPMS仪器的出现，发展了锆石等富Hf矿物的原位微区Hf同位素分析技术，可更有效地揭示复杂的微观地质信息，并与原位微区氧同位素和微量元素等结合，形成新兴学科-锆石学。铪同位素地球化学已广泛应用于研究地幔的演化、大陆地壳的形成与演化、岩浆演化过程与岩石成因、变质作用过程和区域动力学等方面。