自从20世纪30年代早期发现用氘标记的脂肪酸被摄入脂肪组织以来，用稳定的异构体标记的示踪剂已成为人类营养和代谢研究的重要分析工具。例如，葡萄糖是大脑中的代谢和低血糖可导致癫痫发作、昏迷、智力低下和死亡。用氢和碳的稳定同位素标记的葡萄糖氧化酶的发展使科学家能够进一步了解葡萄糖代谢，是研究葡萄糖代谢的分子机制和低血糖的原因。由于矿物质具有重要的调节和结构功能，矿物质的稳定同位素也使营养研究人员能够评估儿童在关键时期的矿物质需求，以尽量减少矿物质不足会影响生长发育，并预防骨质疏松等长期后果。肌肉活动、生长、繁殖和代谢产物（如蛋白质、脂肪酸、，核酸和类固醇，双标记水（D2和18O）方法已成为评估自由生活条件下能源利用的参考工具。能量不足会导致生长迟缓和过度能源是全球肥胖流行的主要原因。此外，13CO2尿素呼气试验是第一次FDA批准的商业化稳定同位素方法用于诊断幽门螺杆菌感染。具有15N、13C和D多重标记的几种氨基酸的可用性使研究人员能够研究蛋白质代谢在全身水平和单个血浆蛋白质水平。这有助于更好地理解导致身体蛋白质持续损失和营养运输可用性降低的机制，应激状态下的蛋白质，如慢性感染、多发性创伤、癌症和败血症。因此，应用营养和代谢研究中的稳定同位素基本上是无限的，并将继续对我们理解营养需求及其代谢途径作出重大贡献。