穩定性同位素自然豐度變異，是指在自然界中，元素的核素在參與生物、化學和物理反應過程時，由於核素間的質量差異引起了同位素分餾效應，亦稱質量歧視效應，即輕質量的同位素比重質量的同位素優先參與反應過程，使反應生成物偏於富含輕同位素，而反應的起始物中偏於富集重同位素，這是一種核特性效應。同位素分餾效應使同位素自然豐度發生了變異。由於輕元素同位素間的相對質量差較大，同位素分餾效應比較明顯，故目前有關同位素自然豐度變異的研究主要集中在輕元素上，如碳、氫、氧、氮和硫等。
例如，根據樹木年輪中占13C值隨年代而降低的數值，證實了由於人為生產活動（煤、石油和天然氣的大量開發利用）產生的二氧化碳增加了大氣圈二氧化碳濃度的事實。精確測定滻N值，可用於研究肥料氮對地表水的污染，並計算出氮肥對硝酸鹽的貢獻和對食品質量的影響。因此，穩定性同位素自然豐度的變異作為污染行為和污染源的指示劑已是土壤環境與農業科學領域和食品檢驗中一個重要的研究方法。
