系统中的过程，特别是陆地和水生生态系统。在土壤科学中，使用15N示踪剂研究氮循环十分普遍；而13C和14C，分别作为稳定性和放射性同位素，一般用于研究有机化合物的转换和自养生物对二氧化碳的固定。例如，Marsh等人于2005年使用双标记（15N和14C）尿素来证明氨氧化细菌既可以把这种化合物作为能源（氨氧化），也可以把它作为碳源（化学自养碳固定）。
海洋学的应用.在海洋学中，同位素示踪剂也被广泛用来研究一系列的过程。这里所使用的同位素通常是自然形成的，其来源和形成和衰变速率都很明确