同位素比值R为某一元素的重同位素丰度与轻同位素丰度之比，例如D/H、13C/12C、34S/32S等，由于元素在自然界中轻同位素的相对丰度很高，而重同位素的相对丰度都很低，R值就很小且很冗长繁琐不便于比较，故在实际工作中采用了样品的δ值来表示样品的同位素成分。样品（sp）的同位素比值Rsp与标准物质（st）的同位素比值（Rst）比较，比较结果称为样品的δ值，其定义为：
δ（‰）=[(Rsp/ Rst)- 1]×1000
即样品的同位素比值相对于标准物质同位素比值的千分差。
对同位素标准物质的要求是：（a）组成均一性质稳定；(b)数量较多，以便长期使用；(c)化学制备和同位素测量的手续简便；（d）大致为天然同位素比值变化范围的中值，以便用于绝大多数样品的测定；（e）可以做为世界范围的零点。
目前国际通用的同位素标准如下：
（1）氢同位素：分析结果均以标准平均大洋水（Standard Mean Ocean Water,即SMOW）为标准报导，D/HSMOW=（155.76 ± 0.10）× 10-6
（2）碳同位素：标准物质为美国南卡罗来纳州白垩纪皮狄组层位中的拟箭石化石（Peedee Belemnite,即PDB），其13C/12C =（11237.2 ± 90）× 10-6
（3）氧同位素：大部分氧同位素分析结果均以SMOW标准报导，18O/16OSMOW=（2005.2 ± 0.43）×10-6，17O/16OSMOW=（373 ± 15）×10-6；而在碳酸盐样品氧同位素分析中则经常采用PDB标准，其18O/16O = 2067.1×10-6，它与SMOW标准之间存在一转换关系。
（4）硫同位素：标准物质选用Canyon Diablo铁陨石中的陨硫铁(Troilite),简称CDT。34S/32SCDT= 0.0450045 ± 93
（5）氮同位素：选空气中氮气为标准。15N/14N =（3676.5 ± 8.1）×10-6
