巴丹吉林沙漠是中国第二大沙漠，世界第三大沙漠。与其他沙漠相比，巴丹吉林沙漠以世界上最高的沙丘和数量高达100个以上的湖泊而闻名，已经成为世界沙漠地质公园。近年来，国内外学者对巴丹吉林沙漠水分特征和来源进行了大量研究，但在湖泊的形成演化及地下水的来源方面还存在不同的认识。本研究从同位素这个角度研究巴丹吉林沙漠湖水和地下水的特征。本研究进行了巴丹吉林沙漠典型水体采样和蒸发试验。首先，选择有代表性的湖泊采集湖水样和傍湖地下水样，并在典型湖泊不同深度采集水样，证明湖水混合程度较高，因此岸边湖水的氢氧同位素具有足够的代表性。其次，取沙漠地区湖水和地下水进行了夏季蒸发试验和淋滤试验，确定了沙漠水体在蒸发条件下的氢氧同位素变化规律，获得了当地蒸发线方程，解释了地下水和湖泊水的同源性。在此基础上，本文综合前人文献数据和本研究直接获取的数据，对巴丹吉林沙漠湖水和地下水的氢氧同位素分布特征进行了统计分析，发现各种水体中的D和18O含量均近似符合正态分布规律，而且D的变异性表现更强烈。地下水和湖水都存在负的氘盈余，反映水体经历了干旱气候条件下的蒸发作用。沙漠地下水氘盈余的统计特征与黑河流域的地表水和地下水相差都很大，说明黑河水不是沙漠地下水的来源。相反，它们与雅布赖山地下水的同位素有着相似的特征，可能说明雅布赖山是巴丹吉林沙漠地下水的补给区之一。与其他沙漠地下水不同，巴丹吉林沙漠地下水的氘盈余表现为很强的负异常，可能是大陆性气候条件的特殊结果。