CHONS稳定同位素天然丰度的分布，首先受核稳定性和宇宙核合成过程控制。对同一元素而言，质子数相同而中子数不同，只有部分核素具有足够的结合能而长期稳定存在。通常最轻、最稳定的同位素占绝对优势，如¹H、¹²C、¹⁴N、¹⁶O和³²S的丰度均很高；较重同位素在恒星核合成中的产率相对较低，或稳定区范围较窄，因此天然丰度通常明显偏低。其次，丰度具有显著的“奇偶效应”。原子核中质子数和中子数均为偶数的核素，核子配对效应较强、结合能往往更高，因而较稳定、丰度也常较高。例如¹⁸O的丰度高于¹⁷O，³⁴S高于³³S；这并非单纯由质量数决定，而是核结构稳定性的表现。¹⁶O、³²S等“双偶核”尤其稳定，因此在自然界中占据主体。第三，元素的稳定同位素数目一般随原子序数增加而增多。氢、碳、氮各有2种稳定同位素，氧有3种，硫有4种。这是因为较重元素的核稳定谷范围更宽，允许更多不同中子数的稳定组合共存。但同位素种类增加，并不意味着各同位素丰度趋于均等，通常仍由一种轻同位素主导。最后，表中的丰度是地球平均天然组成。地球化学过程不会改变核素是否稳定，却能改变样品中重、轻同位素的相对比例。蒸发、扩散、矿物沉淀、氧化还原反应和生物代谢通常优先作用于轻同位素，使不同库体发生同位素分馏。正是这种相对丰度的微小变化，使CHONS同位素能够用于示踪物质来源、反应过程和地球系统循环。

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