L'oxygène-18, le deutérium, et le tritium, sont les constituants intimes des molécules d'eau, et donc les traceurs idéaux des phénomènes hydrologiques. Les deux premiers isotopes sont stables, et leur concentration varie à la suite des changements de phase de l'eau. Le tritium est lui radioactif. Ces propriétés sont à l'origine de la grande polyvalence des méthodes isotopiques, les applications allant du calcul de l'altitude d'un bassin d'alimentation à celui du temps de séjour de l'eau dans un aquifère. La mise en oeuvre des méthodes isotopiques nécessite de connaître l'évolution des isotopes dans le temps et pour différentes régions climatiques. Le Réseau fédéral suisse d'observation des isotopes dans le cycle de l'eau, initié à cet effet en 1992, donne les référentiels nécessaires aux études hydrogéologiques basées sur les isotopes de la molécule d'eau.