穩定同位素是不隨時間而變化的，它們在樣品中的含量與當時的古溫度、古降水量和古大氣與水的化學狀況有關，因此，通過測量樣品中的穩定同位素可以了解古氣候與古環境。目前主要利用碳（C）、氫（H）、氧（O）等穩定同位素來估算古溫度（氣溫、水溫）、古降水量和古大氣中的CO2等環境參數。
自然界有3種氧的穩定同位素，即16O（99.763%），17O（0.03729%）和18O（0.19959%）。通常18O/16O表示
同位素組成。各種物質中的
氯同位素含量有很大差別：有機物中最富（2.1×10-1）、河水中最低（1.98×101)，
火成岩中在二者之間，即2.01~2.03（10-1），
沉積岩、
變質岩、火成岩和高溫條件生成的
碳酸岩都比較富含氯同位素O。由於岩石中
氧同位素含量主要與溫度和時間有關，故氯同位素測溫是目前應用的一種重要方法。