在生命科學中，示蹤方法（見同位素示蹤）主要用於測定組織的成分、研究物質在生物體內的轉移以及物質代謝轉變三個方面。
組織成分的測定 核素分析的測量靈敏度遠比常用的化學分析高。最靈敏的化學分析能夠測量 1μg左右的物質，而能夠被驗定的放射性物質，有時可以達到 10-8乃至10>-11μg量級。常用的方法有以下幾種。
同位素稀釋法 適用於分析微量或測定難於同其他物質定量分離的物質。在生物化學中，使用同位素稀釋法可以不作定量分離而對混合物的某一成分進行定量測定，從而解決瞭分離由化學性質相似的物質組成的混合物的困難。
如果要測定蛋白質水解液中某一種氨基酸，例如酪氨酸，可把具有放射性的(碳-14)-酪氨酸加到該水解液中，充分混合後，分出一部分酪氨酸溶液，加以提純，測定其放射性。可以根據水解液中原有酪氨酸的重量 B同加入的(碳-14)-酪氨酸的重量A的關系
求出B，式中a0和a分別表示加入的(碳-14)-酪氨酸和分出的酪氨酸的放射性比活度。用同樣的方法，也可以測定水解液中其他氨基酸的含量。
利用同位素稀釋法可以測定人的全身水量：註入含氘或氚的水，它同體液在兩小時內達到平衡，取出血液樣品，測定同位素含量。如註入的含氘或氚水量為V1，其同位素濃度為с0，稀釋後的同位素濃度為с，則全身水量V2為
。
這種方法用於水腫、脫水、消耗性疾病及外傷後恢復期的診斷。
競爭放射分析法 是一種特殊的同位素稀釋法，可以測定體液中極微量的具有生物活性的物質。這種方法靈敏度高、特異性強、標本及試劑用量少、操作比較簡便、快速、應用范圍廣、可以用於常規診斷，以及疾病普查和醫學科學研究。
在作競爭放射分析時，一般都需要三種試劑:①標準品。即被測物質的純品；②標記物。其化學成分及結構與被測物質相同，但具有放射性；③結合試劑。能夠同被測物質特異性結合。幾乎所有生物活性物質都已用或有可能用這種方法測定，結合試劑也是多種多樣的。所有以血漿中天然存在的蛋白質為結合試劑的競爭放射分析方法，稱為競爭蛋白質結合分析法，它不涉及免疫反應。如在皮質醇測定中，可用血漿中能同皮質類固醇相結合的一種球蛋白作為結合試劑。
利用抗原－抗體反應的競爭放射分析，稱為放射免疫分析。如果被測物質為蛋白質或其他抗原，結合試劑可用含有相應抗體的抗血清。
以血漿胰島素的放射免疫分析為例，說明競爭放射分析的基本原理：標記抗原和非標記抗原都會同抗體相結合，而且同抗體結合的幾率相等。當抗體的含量有限時，加入到血漿的標記胰島素和血漿中的胰島素互相競爭同抗體結合，如圖1所示。
顯然，非標記抗原越多，抗原－抗體復合物中的標記抗原就越少，放射性比度就越小。通過測定結合部分（或遊離部分）的放射性，可以求出血漿胰島素的含量。
全身計數 全身計數器是測定人體內總放射性的快速而靈敏的儀器。它能測出比容許劑量低得多的放射性和人體內存在的鉀-40等天然放射性，即使每千克體重僅含10-8居裡級的γ放射性，也能被它探測出來。體內鉀-40占全身鉀總量的比例(0.0118％)是恒定的，因此，從全身計數器所測出體內鉀-40的含量，就可以算出全身鉀總量。對肌肉萎縮患者，使用全身計數器，就能從測出體內的鉀量確定疾病的嚴重程度。
采用活化分析結合全身計數的方法，可以測出體內鐵、鈷、鈉、鈣、鎘、氮等許多元素。
物質在生物體內的轉移 把待研究的物質加以標記，就有可能追蹤這些物質在機體內的轉移及其轉移速度，研究吸收、攝取、濃集、分佈、分泌、排泄、通透性、血流速度、腫瘤定位、分子內反應位置和藥物作用原理等問題。例如，將磷-32標記的結核桿菌制成氣溶膠，給小鼠吸入，於不同時間測定肺、食道、肝、腎等部位的放射性，就可以瞭解這種通過呼吸道感染的細菌在體內分佈和貯留的規律。
放射性核素所產生的射線能使照相膠片感光。利用膠片來檢查、測量和記錄放射性的技術叫做放射自顯影。放射自顯影不但可以用來瞭解放射性物質在某些組織、器官、整體動物或其他標本（如放射層析譜、放射電泳譜等）內分佈的情況，而且也是測量細胞水平生物樣品內放射性的唯一方法。它已用於研究細胞結構、細胞生理、細胞病理及細胞的理化特性等問題。目前電子顯微鏡放射自顯影技術的采用，對於開展亞細胞水平的實驗研究更有利。
物質的代謝轉變 同位素示蹤在生物學中最重要的應用是研究物質的代謝轉變，也就是研究生命活動中不斷進行的生物化學過程。
前身和產物 如果將以核素標記的物質 A引入動物體，經過一段時間，從排出物或組織中分離出另一化合物B，含有相當數量的上述標記核素，即可得出結論：A在動物體內可以轉變為B。例如，將碳-14標記的糖喂給大鼠，發現從其脂肪中分離出的脂肪酸含有很高的放射性。這個簡單的示蹤實驗證明瞭一個很重要的代謝規律，即糖在動物體內可以變成脂肪。這也解釋瞭為什麼吃瞭很多高淀粉的食品後，胖人會長得更胖。
生物合成 示蹤實驗還證明瞭：體內許多大分子都是由很小的分子合成的。如膽固醇分子是由乙酸分子合成的。為瞭區分乙酸的兩個碳原子， 人們可以用碳-13標記羧基酸，碳-14 標記甲基碳。在將此雙標記的乙酸(14CH313COOH)同大鼠的肝切片保溫一段時間後，從肝臟提取出膽固醇。利用有機化學的降解方法，可以區分膽固醇分子中的每一個碳原子。實驗結果表明：膽固醇中的所有碳原子都來自乙酸，而乙酸的兩個碳原子都參加膽固醇的合成。膽固醇分子中，乙酸的兩個碳原子是有規律地排列著的，如圖2所示。
轉變的速度 如果給大鼠註射一種氮-15 標記的氨基酸，氮-15很快就標記瞭動物體內的各種蛋白質。通過觀察發現肝臟蛋白質中氮-15 的含量在七天內減少瞭一半，即在七天中，一半的肝蛋白被更新瞭。組織內的各種成分，都在不斷更新，單位時間內某一代謝物在一定組織中被合成或被分解的速度，稱為此代謝物在該組織內的更新率，它一般都用示蹤實驗測定。
反應機制的探討 示蹤實驗不僅確立瞭代謝轉變中前身同產物的關系，也常用於探討代謝轉變是如何完成的。例如，將甲基用碳-14及氘雙標記的蛋氨酸喂給大鼠後，從動物體內分離出的膽堿、肌酸及肌酸酐都含有兩種標記，而且上述代謝產物中碳-14與氘的比值同蛋氨酸分子內該二核素的比值相等。這一事實證明，在轉甲基過程中，甲基是作為一個整體轉移的。
參考書目
王世真:同位素法，劉培楠等主編:《儀器分析及其在分子生物學中的應用》，第3冊，科學出版社，北京，1978。