水中各种元素的同位素是水的“指纹”，其记录了地下水形成、补给、径流、排泄过程中的信息。地下水研究中，在与地质、地球物理、地球化学、水力学等学科结合的基础上，利用同位素技术，可以更深入地分析研究水文地质条件。 鄂尔多斯盆地是一个水文地质条件复杂的巨型地下水盆地，利用同位素技术可以初步研究鄂尔多斯盆地地下水中同位素的组成、分布规律以及在各种自然物理化学过程中的分馏作用，并应用相关理论解决一些水文地质课题，如测定地下水的年龄、研究地下水运动和水文地质过程的机理、查明地下水化学组分的来源、探讨地下水的成因和古气候演变等。通过对已有资料的分析，取得如下认识： 鄂尔多斯盆地地下水同位素组成分层明显，浅层(埋深小于100m)地下水形成时间较短，深层(大于300m)地下水主要是在过去1-2万多年的时间里形成的，为全新世以前补给形成的水，水的氧-18贫化特征明显，地下水的含盐量普遍较低，与当时较寒冷的气候密切相关。 地下水的水质变化主要受地区岩相古地理条件和两万多年来气候干旱化过程的控制，人类活动是这一地区水环境条件恶化和复杂化的重要因素之一。控制浅层地下水形成变化的主要因素，包括地形地貌条件、气象水文条件和人类的开发活动。例如，河流附近的浅层地下水不仅随河流的变化而变化，而且受人类活动影响也最大，同时这些地区的植被往往发育也最好，对环境的变化也最敏感。而对深层承压水或自流水来说则不然，它们的变化受地层结构变化和沉积环境演化的控制。 地下水、地表水同位素样品分析资料表明：水的化学组成是揭示地下水的更新过程和形成作用的直接证据，特别对发生在地表的蒸发作用是导致水中盐分增加的最重要作用之一。 已取得的同位素分析结果表明，地下水的稳定同位素组成随深度增加呈明显的贫化特征，不同水体的同位素差别较大，显示同位素方法应用前景良好。