同位素分馏系数（α）是稳定同位素地球化学的核心参数，用于定量描述某元素的不同同位素在两种物质（或相、化合物）之间分配的差异程度。最常见定义为 α_{A-B} = R_A / R_B，其中 R 为重同位素/轻同位素比率（如1⁸O/1⁶O、13C/12C）。由于质量差异小，α 值通常接近1（常见1.001～1.03，氢同位素可达1.05～1.1）。

当 α > 1 时，A 相富集重同位素（常见于平衡分馏，如液态水富1⁸O、水蒸气贫1⁸O）；α < 1 时则相反（常见于动力学过程，如光合作用植物富集轻12C）。本质上，α 量化了“轻同位素跑得更快、更容易逃逸，重同位素更倾向留在原相”的偏心程度。

在平衡状态下，两种物质的 δ 值差 Δ_{A-B} = δ_A - δ_B ≈ 1000 ln α ≈ ε（富集因子，单位‰）。温度是关键控制因素：高温时分子运动剧烈，分馏小（1000 ln α 接近0）；低温时分馏增大（曲线向上倾斜），这是古温度重建的基础（如氧同位素古温计）。

经典示意图中：A 相（如液态水）桶里重同位素球（黑/红）多，轻同位素球（白）少；B 相（如水蒸气）相反，双向箭头表示交换平衡，α > 1 标注在箭头旁，底部温度轴显示“温度越低，分馏越大”。α 不仅是理论参数，更是解释全球水循环、古气候、生物地球化学过程的“偏心倍数”。