在营养代谢研究中，人们无法通过常规方法来区分机体内源性和外源性的同一营养物质，更无法追踪外源性营养物质在被摄入体内以后所经历的代谢动力学过程。采用特定的同位素标记物进行示踪则为最准确、简便和灵敏的手段。由于放射性同位素的种类以及在人体和环境应用中所受到限制，稳定同位素在营养代谢研究中的使用成为首选，得到广泛应用，常用的稳定同位素包括15N、13C、2H、18C、42Ca、44Ca等，可用于蛋白质和氨基酸的代谢动力学。对营养吸收状况的追踪已经从之前的单同位素示踪到现在的多轨迹同位素示踪，可以同时追踪多种物质，以探究他们代谢过程以及他们代谢之间的相互作用。可以追踪氨基酸、矿物质、脂质等任何感兴趣的物质。
早在1992年同位素示踪技术就开始使用，稳定标记的同位素示踪已经被广泛应用于蛋白或氨基酸、脂质和碳水化合物代谢的研究。放射性同位素得以广泛应用于活性物质示踪主要依赖于其最重要的两个特点：一是与被示踪的物质有同一性，即放射性核素与其同种元素的非放射性核素在化学和生物学特性上具有高度一致性，不致扰乱和破坏体内外生理过程的平衡状态；二是与被示踪的物质有可区别性，放射性核素的原子核不断衰减，发出能被放射性探测仪所探测的射线，从而实现对标记物的定量及定位。放射性核素的这两个特点使其与其他方法相比具有不可比拟的优越性。此外，放射性同位素示踪技术还具有灵敏度高、专属性强、适用性广、检测方法简便等优点，因此，在营养吸收、分布、代谢、排泄研究中得到了广泛的应用。
1．稳定同位素在蛋白质代谢研究中的应用 用稳定同位素来测定某一器官或某一类蛋白质便能准确地反映机体蛋白质的变化，但这需要通过手术或组织活检来获得样本，在动物实验中还是容易实现的。机体蛋白质代谢是一个复杂的过程，长期以来人们一直用氮平衡反映机体蛋白质的代谢，实际上这仅仅反映了体内氮的潴留情况，作为一种静态指标不能反映机体蛋白质代谢的动态变化而稳定性同位素的监测可以反映此动态变化。作为蛋白质代谢的示踪剂有多种，通常最常用15N-赖氨酸，尤其是它的双分子标记，给临床和实践都带来了莫大的方便，解决了体内蛋白质库与氨基酸库之间的固有假设。赖氨酸是一种必需氨基酸，有以下特点：目前研究显示赖氨酸是所有氨基酸中最适合蛋白质代谢研究的氨基酸，其体内代谢途径很少；几乎无转氨基作用；二甲基氨基甲又甲酯衍生物的α-氨基酸位使得15N富集更容易被检测；此酯衍生物容易获得；赖氨酸是血浆中游离氨基酸浓度最高者之一；在血浆中得到均值的时间最合理。基于以上特点，赖氨酸被广泛应用。还可用于研究在不同的生理状态和病理状态下，不同器官组织的蛋白质合成和代谢，有助于了解蛋白质代谢的影响因素及其作用机制。
2．稳定同位素在钙代谢研究中的应用 钙是人体骨骼和牙齿的主要构成成分，参与骨代谢。摄入足量的钙对于新生儿骨骼发育、维持机体健康、预防骨质疏松具有重要的作用。长期以来，钙代谢研究多通过传统的平衡试验来进行，然而由于这类试验研究时间太长而不易被人们接受。而且，平衡试验只能计算钙的表观吸收率，无法进行钙吸收的动力学研究。钙稳定性同位素技术无需面临这些问题，而且不受肠道排泄不全或者排空时间变异及尿量等因素的影响。但是稳定性同位素要求有特殊的仪器设备来检测，价位较高。该技术可用于测定钙的吸收率、不同发育阶段钙的需要量、评价影响钙吸收的因素等。
3．研究模型实例：多轨迹示踪法研究精氨酸摄入对整体精氨酸代谢影响 选用1～2日龄猪，外科手术植入胃管用于食物和同位素输注，股静脉插入导管用于采 集血样，股静脉插管继续前行至下腔静脉，用于采取混合静脉血。术前给予2天的全营养， 术后采用敏感性压力泵通过胃导管输注肠内营养，根据实验设计增加／减少精氨酸的用量， 饲喂5天后，持续6小时输注同位素标记的精氨酸、瓜氨酸、鸟氨酸和脯氨酸，研究精氨酸及 其前体的代谢。每隔24小时采血样一次(每次2ml)，直到实验的最后，该血清可用于分析 血氨浓度、尿素氮、硝酸盐和亚硝酸盐的浓度。在持续输注前2小时便开始采血，每间隔1 小时采一次，每次1ml，直到输注结束，血样用于分析血中氨基酸的浓度。这样的采血频率和 采血量只有在大动物模型上才可能实现，所以猪是研究营养代谢的适宜模型。
