用放射性同位素（或穩定同位素）作指示劑（見同位素），進行化學分析的一種方法。它是將一定量已知放射性比活度（對穩定同位素則為豐度）的同位素或標記化合物（見放射性標記化合物）與待測元素或化合物混合均勻交換完成後，用化學方法分離，按其比活度（或豐度）的改變，計算待測物含量的方法。
該法由G.C.de赫維西於1932年首次提出。它的特點是不需要將待測物全部定量地分離出來，而隻需要分離出一部分純物質，測定其比活度即可。
原理 已知放射性指示劑的放射性活度為A0，載體重量為w0，則其放射性比活度a0為
(1)
將此指示劑加到重量為wX的待測物中，則比活度變為：
(2)
由上述兩式得出：
(3)
式(3)為同位素稀釋法的基本表達式。式中a0和w0是已知的，隻要求出aX，就能算出wX。比活度為放射性活度與載體重量之比，由於不是絕對量，因此可以通過分出w0+wX中的一部分w1，測其放射性活度A1而求出：
(4)
同位素稀釋法的優點是避免瞭復雜混合物體系定量分離、純化的困難。
所用的分離方法，除沉淀法外還有溶劑萃取、離子交換、色譜分離、蒸餾等方法。同位素稀釋法的準確度主要取決於：所加指示劑的純度和比活度、分出待測物的純度和比活度、指示劑稀釋的程度等。
主要方法 根據不同的分析對象和條件，在上述直接同位素稀釋法的基本原理的基礎上，已發展成為多種具體的方法，如反同位素稀釋法、雙同位素稀釋法、飽和分析法和亞化學計量同位素稀釋法等，從而提高瞭分析的靈敏度，擴大瞭應用的范圍。
① 反同位素稀釋法 將穩定同位素加到含有放射性同位素的待測樣品中，通過同位素稀釋法求出樣品中載體含量。
② 雙同位素稀釋法 測定放射性樣品*A的重量w（比活度a0也未知）的例子如下：先將樣品平分為兩份，每份中*A的重量為wX，即w＝2wX；分別加入不同量的非放射性載體A，重量為w1和w2；充分攪勻後分離，測定比活度a1和a2，則得：
解上述方程可得：
由此可以求出*A的重量w。
③ 亞化學計量分析 從標準溶液和經同位素稀釋的樣品溶液中，利用適當的方法在嚴格相同的條件下分離出少量等量物質後，通過測定其放射性活度來計算待測樣品含量。
④ 飽和分析法 為測定極微量生理活性物質的一種特殊的同位素稀釋法，包括放射性免疫分析法、競爭放射分析法、放射受體分析法等。1959年R.S.耶洛首先提出的放射性免疫分析是利用抗原抗體反應的特異性和放射性物質的高探測效率測定抗原的方法。用此方法能測定蛋白激素、免疫球蛋白、酶等大分子蛋白質和低分子量的甾體激素、環核苷酸、抗生素等藥物在血中的濃度。（見放射免疫分析法）
應用 同位素稀釋法已廣泛用於生物化學方面，如維生素、抗生素等復雜物質的分析；有機化學方面，如氨基酸、脂肪酸、殺蟲劑、聚合物等復雜混合物的分析；無機化學方面，特別是對性質類似不易分離的稀土元素的定量測定。
參考書目
A. C. Wahl，ed.，Radioactivity Applied toChemistry，John Wiley &Sons，New York，1951.