离同位素的方法主要有三种：实际中应用的分离技术都在某种程度上利用了同位素相对原子质量上的差异。就一般情况而言，不同同位素相对原子质量的差异比较大，分离则相对容易。比如，氘的原子核的质量几乎是氕的两倍，因此，提纯氘要比在天然铀中分离铀-235与铀-238更容易。更极端的例子是将裂变物质钚-239和杂质钚-240分离，该项分离难度极大。
多级浓缩.大规模的同位素分离方案通常会采用一系列相似的结构，每一级都将前一级的产物继续浓缩后提供给下一级，使同位素得到多次浓缩、富集。类似的，