目前最常用的是同位素質譜儀，其原理在於將待測物質進行前處理，比如將H2O分解為H2和CO2等，將離子載入電荷，通過真空的電磁場，不同重量的分子會發生偏移，落在不同的靶位，根據靶位上的電信號確定穩定性同位素的豐度。
最近市場上出現了以雷射為測量介質，以比爾定律為測量依據的激光穩定性同位素分析儀。比爾定律是指，特定波長的光經過特定物質，光強會衰減，衰減的大小與光經過的長度成正相關，與物質的濃度成正相關。很多儀器都是利用這樣一條原理。因為含有穩定性同位素的分子含量很低，所以需要大大延長測量的光路，隨著在19世紀80年代，高發射率的鏡片的出現，雷射可以在光強內上萬次反射，光路可以達到上千公里。
精度達到0.1ppb級別。
以水為例，常見的穩定性同位素分子有H2O，HDO和H218O，這三種分子對與雷射分析儀來講，是三種不同的分子，可以直接測量出其濃度，進而計算出同位素的豐度。
