Isotopgeokjemi er en tverrvitenskapelig disiplin mellom geofag og kjemi og under geokjemi, som går ut på relativ og spesifikk datering av grunnstoff og deres isotoper på Jorda.

Typisk når man bruker isotopgeokjemi er det for å modellere eller kartlegge hvordan verden har sett ut gjennom å analysere isotoper.

Det er særlig mye brukt innen kvartærgeologien for å skape et bilde på hvor stort isdekket i istidene i kvartær har vært. Da har man ved analyse dyphavskjærner, som kalkstein, funnet konsentrasjonen av 18O -isotoper i havet til å være mye større i en istid enn 16O -isotoper. Det er fordi 16O -isotoper binder seg mer bedre til is enn 18O -isotopene. Man bruker ofte dette prinsippet i kombinasjon med 1H og 2H -isotoper som følger samme prinsipp.