Isotopgeokjemi er ei tverrvitskapleg faggrein mellom geofag og kjemi og under geokjemi, som går ut på relativ og spesifikk datering av grunnstoff og isotopane deira på jorda.
Eit vanleg bruksområde for isotopgeokjemi er å modellere eller kartleggje korleis verda har sett ut gjennom å analysere isotopar.
Det er særleg mykje brukt innan kvartærgeologien for å skape eit bilete av kor stort isdekket under istidene i kvartær har vore. Då har ein ved analyse av djuphavskjernar, som kalkstein, funne at konsentrasjonen av 18O-isotopar i havet var mykje større enn av 16O-isotopar i ei istid. Det er fordi 16O-isotopane bind seg betre til is enn 18O-isotopane. Ein nyttar ofte dette prinsippet i kombinasjon med 1H- og 2H-isotopar som følgjer same prinsippet.