稳定同位素是不随时间而变化的，它们在样品中的含量与当时的古温度、古降水量和古大气与水的化学状况有关，因此，通过测量样品中的稳定同位素可以了解古气候与古环境。主要利用碳（C）、氢（H）、氧（O）等稳定同位素来估算古温度（气温、水温）、古降水量和古大气中的CO2等环境参数。

自然界有3种氧的稳定同位素，即16O（99.763%），17O（0.03729%）和18O（0.19959%）。通常18O/16O表示同位素组成。各种物质中的氯同位素含量有很大差别：有机物中最富（2.1×10-1）、河水中最低（1.98×101），火成岩中在二者之间，即2.01~2.03（10-1），沉积岩、变质岩、火成岩和高温条件生成的碳酸岩都比较富含氯同位素O。由于岩石中氧同位素含量主要与温度和时间有关，故氯同位素测温是应用的一种重要方法。