在工业上，利用放射性同位素可以测井探矿、无损探伤、检查管道泄露或管道堵塞等。例如：检验一个部件是否严密，可以先将部件放入一个密闭容器内，然后充入85Kr气体，再将气体抽出，检查部件内是否有85Kr ，如果部件内没有85Kr，则说明部件严密。再如：放射性同位素原子放出α粒子或β粒子的同时，常常伴随γ射线的产生，利用这个性质，可以进行测井探矿。探测时，将放射性同位素系入深井，γ射线射在岩层上被散射后可以进入γ射线探测器里，γ射线的吸收和散射程度，与岩层物质的密度和元素的原子序数有关，密度大，吸收γ射线就多，探测器输出电流强；密度小，吸收γ射线就少，探测器输出电流就弱。通过探测器输出信号的强弱，可推知岩层的位置和厚薄，为煤、石油等的开采提供准确的地下信息。
在地质、考古方面，利用放射性同位素的半衰期，可以确定矿石的年龄，化石的年代。例如：碳的同位素除12C（占98.8%） 和13C（占1.11%）外，还有少量的 14C ，14C具有放射性，14C经过 β 衰变后变成14N ，半衰期为5720年，在大气中，C氧化为CO2（含放射性和非放射性碳）以后，被植物吸收，动物以植物为食物，这样14C 进入动物的组织中，通过14C的吸收和放射性衰变的自然平衡，活有机体内的14C和12C的恒态比与大气中的14C和12C的比例达到相等，动植物死亡后，C的吸收停止，放射性碳的含量由于衰变而逐渐减少。在5720年后14C的含量变为原来的一半。这样通过测定含碳物质如化石等样品中碳的衰变速度，即可确定有机体的死亡时间，即化石的年代。再比如，可以从238U与206Pb的比值来计算岩石的年龄。目前，用这种方法测出的最老的地球岩石年龄大约是3×109 年。
在农业上，利用放射性同位素辐射种子，改变其遗传基因，可以选育良种。另外还可用于防治害虫、贮藏食品、合理施肥、农药残留毒素的研究等。
有些元素不能得到放射性同位素，也可以用稳定同位素原子作为示踪原子，这就要用质谱仪来分析其产物。例如，科学家为了搞清楚羧酸（RCOOH）与醇（ROH）发生酯化反应的机理，就是利用18O （18O 为氧的稳定同位素）对产物进行原子示踪。具体做法是让乙酸（CH3COOH）与用18O标记的乙醇 （CH3CH218OH）发生反应，用质谱仪分析反应后的产物，分析结果是产物中只有乙酸乙酯中有18O，这就证明了酯化反应的机理是酸脱去羟基醇脱去氢原子。再如，用16O与18O的原子个数比推测海水温度：海洋中的贝壳主要成分为CaCO3，而CaCO3 中的O原子主要是16O与18O。通常情况下，18O的含量只有16O含量的1/500，但海水温度发生变化，此比值也会随之变化，海水温度升高时，16O含量增加，反之则减少。根据这个规律可以推测古代海水的温度。
目前，对同位素的研究已日臻完善，同位素技术越来越成熟，同位素的应用范围越来越广，它正不断地造福人类。