CHONS 五种元素合计约有 80种已知核素。但在同位素地球化学中，通常重点研究的是其中自然丰度较高、可稳定保存或具有明确地球化学意义的核素：²H、¹³C、¹⁴C、¹⁵N、¹⁷O、¹⁸O、³³S、³⁴S和³⁶S等。例如，碳的15种核素中，真正构成天然碳主体的是¹²C和¹³C，¹⁴C含量极低但可用于测年；其余¹⁴C之外的大多数放射性碳核素寿命极短，主要在核物理研究中出现。IAEA LiveChart 汇集了已知核素的结构与衰变数据，是这类统计的权威数据来源。图中蓝色圆点表示稳定核素。它们主要分布在“稳定带”附近，说明原子核的稳定性并非只取决于核子总数，更受中子与质子比例、核结合能及核结构共同控制。对于较轻元素，如碳、氮和氧，稳定核素的中子数通常与质子数接近；随着元素变重，核内质子间的电斥力增强，需要相对更多的中子提供强核力束缚，因此稳定带逐渐向 (N>Z 的方向偏移。硫的稳定核素³²S、³³S、³⁴S和³⁶S正体现了这一规律。红色圆点表示具有放射性的核素，如³H、¹⁴C、¹³N、¹⁵O和³⁵S。它们相对于稳定带存在不同程度的偏离，核结构处于不稳定状态，会通过β衰变、正电子发射或电子俘获等方式，逐步转化为更稳定的核素。例如，¹⁴C会通过β⁻衰变形成¹⁴N；³H衰变形成³He。正是这种稳定与不稳定的差别，使核素能够服务于年代学、示踪和环境过程研究。对于地球化学而言，稳定同位素如²H、¹³C、¹⁵N、¹⁸O和³⁴S，主要用于识别物质来源及其经历的蒸发、扩散、生物代谢、水—岩反应等过程；放射性同位素则可用于确定时间尺度，如¹⁴C测年。因而，核素图不仅说明“同位素是什么”，也揭示了稳定同位素示踪与放射性同位素定年的共同核物理基础。

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