Die hier beschriebene Isotopen-Analyse, die korrekt Stabil-Isotopen-Analyse heißt, nutzt die Tatsache aus, dass jedes organische Material auf der Erde aus chemischen Elementen besteht.

Die Elemente, die den Hauptteil der Biomasse bilden (Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel) bestehen jeweils aus mehr als einem stabilen Isotop. Das bedeutet, dass alle Pflanzen und Tiere sowie die daraus hergestellten Produkte, aber auch Menschen natürlicherweise aus Isotopen bestehen.

Aufgrund der ständigen Umsetzungen in Stoffkreisläufen variiert die isotope Zusammensetzung der Bioelemente von Ort zu Ort. Da die Biomasse aus dem Material der Umgebung gebildet wird, spiegelt sie auch deren isotope Zusammensetzung wider, d.h. ein Produkt eines bestimmten Standortes kann sich signifikant in seiner Isotopenzusammensetzung von einem Produkt eines anderen Standorts unterscheiden.

Damit verfügt jede Biomasse, also z.B. auch jedes Lebensmittel, über eine - nicht radioaktive - natürliche Markierung, den so genannten “isotopen Fingerabdruck”.

Dieser Fingerabdruck ist nicht sichtbar und kann auch durch chemische Zusätze oder Verarbeitungsprozesse nicht verändert werden. Er ermöglicht, die Rückverfolgbarkeit von organischem Material zum ursprünglichen Herkunftsort zu gewährleisten. Damit kann heute nicht nur das Herkunftsland oder die Region, sondern auch ein Erzeugerbetrieb identifiziert werden.

Wasser ist der Ursprung allen Lebens auf der Erde. Doch Wasser ist nicht gleich Wasser. Die weltweiten Wasservorkommen unterscheiden sich in ihrer isotopen Zusammensetzung sehr deutlich voneinander.

Die Weltmeere enthalten über 97 Prozent des freien Wassers der Erdoberfläche. Die großflächige Verdunstung dieses Wassers führt zur Bildung von Wolken. Das verdunstete Wasser regnet ab, verdunstet erneut und wird wieder abgeregnet. Das Wasser folgt dabei den Bewegungen der großen Luftmassen und verändert ständig seine isotope Zusammensetzung. Aufgrund dieser Tatsache ergibt sich für jede Region der Erde ein spezifischer Isotopenwert, der sich im Niederschlag, in Pflanzen und in allen wasserhaltigen Produkten nachweisen lässt.

In Europa erzeugt die vorherrschende Westwindlage für Regen ein Isotopengefälle von Westen nach Osten, der weltweite Effekt sorgt zusätzlich für eine Abnahme von Süden nach Norden. Das geografische Isotopenmuster des Wassers ermöglicht somit eine genaue Identifizierung der Herkunft wasserhaltiger Produkte. Man bezeichnet daher seine Isotopen-Verhältnisse D/H und ¹⁸O/¹⁶O als „geografische Faktoren“.

Jede Pflanze baut Stickstoff und Schwefel aus dem Boden in ihre Biomasse ein und spiegelt damit die Gegebenheiten des Ortes wider. Die Unterschiede in der Natur kommen dadurch zustande, dass die gesamte Biomasse ständig auf der Erdoberfläche in den bio-geo-chemischen Stoffkreisläufen umgesetzt wird. Diese Umsetzungsprozesse bewirken auch eine ständige Veränderung in der Zusammensetzung der Isotope. Innerhalb der Pflanzen erzeugen spezifische Stoffwechselprozesse zusätzlich ein sehr markantes Isotopenmuster. Pflanzen spiegeln daher die spezifischen, einzigartigen Gegebenheiten ihres Standortes wider – sie enthalten damit den sogenannten isotopen Fingerabdruck.

Die Isotopenverhältnisse von Stickstoff und Schwefel werden durch die Nachlieferung aus dem Boden und zum Teil über Immissionen aus der Luft bestimmt. Bei der Freisetzung im Boden spielen nicht nur der jeweilige Dünger, sondern auch die vorhergehenden Düngergaben, einschließlich der vorhandenen organischen Anteile eine Rolle. Diese örtlich variierenden Verhältnisse ermöglichen eine kleinräumige Zuordnung. Beide Parameter werden deshalb als „lokale Faktoren“ bezeichnet.

Bei Tieren findet sich das ¹⁵N/¹⁴N-Verhältnis des Futters um einen bestimmten Betrag verschoben in der tierischen Biomasse und deren Produkten (z.B. Eier oder Fleisch) wieder.

Das ¹³C/¹²C-Verhältnis des Kohlenstoffs wird durch zwei verschiedene Stoffwechseltypen, die C₃- und C₄-Pflanzen, bestimmt. Die meisten Wild- und Kulturpflanzen gehören dem C₃-Typ an (z.B. Wein und Zuckerrüben). Dagegen sind die prominentesten Vertreter der C₄-Pflanzen Mais und Zuckerrohr. Entsprechend können auf dieser Basis Qualitätsaspekte von Produkten beurteilt werden sowie Aussagen zur Fütterung gemacht werden.