Isotopenhydrologie ist ein Bereich der Hydrologie, der Isotopendatierungen verwendet, um das Alter und die Herkunft von Wasser und der Bewegung innerhalb des Wasserkreislaufs abzuschätzen. Die Techniken werden für die Wassernutzungspolitik, die Kartierung von Grundwasserleitern, die Erhaltung der Wasservorräte und die Kontrolle der Umweltverschmutzung eingesetzt. Es ersetzt oder ergänzt über viele Jahrzehnte bisherige Methoden zur Messung von Regen, Flusspegeln und anderen Gewässern. Wassermoleküle tragen einzigartige Fingerabdrücke, die teilweise auf unterschiedlichen Anteilen der Sauerstoff- und Wasserstoffisotope basieren, aus denen alles Wasser besteht. Isotope sind Formen desselben Elements, die in ihren Kernen eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen aufweisen. Eine häufig genannte Anwendung ist die Verwendung stabiler Isotope zur Bestimmung des Alters von Eis oder Schnee, was Aufschluss über die Klimabedingungen in der Vergangenheit geben kann. Eine weitere Anwendung ist die Trennung von Grundwasser- und Grundwasserabfluss vom Bachabfluss im Bereich der Einzugsgebietshydrologie. Die Signaturen von Untergrundwasser können auch durch Bohrlochprobenentnahmen identifiziert werden. Die zusammengesetzte Signatur im Bach ist zu jedem Zeitpunkt ein Indikator dafür, welcher Anteil des Bachflusses aus dem Überlandfluss und welcher Teil aus dem Untergrundfluss stammt.