微量元素营养不良评估 稳定同位素为测量铁的吸收及其生物利用率提供了唯一的直接方法。在有关人体内的铁的研究以及有关营养素生物利用率（例如铁、锌和维生素A）的其它研究中，同位素已被视为是“金标准”。
同位素稀释法被用于评估维生素A状况。其原理是将标记过的类胡萝卜素转化为维生素A,因此可借助碳-13类胡萝卜素对后者进行追踪。这样,通过了解口服的示踪剂在不同人体库中的稀释程度，可以测量维生素A库的规模。在营养研究中，这项技术在测量维生素A和类胡萝卜素的补充或强化方法的有效性方面具有应用潜力。
稳定同位素的另一项有效应用是评估微量元素的生物利用率以及微量元素库的规模，例如铁（铁-57和铁-58）和锌（锌-67和锌-70）。可以在活体内对标记好的微量元素的吸收情况进行追踪。这种方法在若干发展中国家的营养补充或强化试验的有效性测定方面已得到验证。
检测传染病 碳-13呼吸测试通常被用于检查幽门螺旋杆菌在胃中的细菌群集现象。这种呼吸测试是在口服碳-13标记尿素后，测量呼出气中13CO2的含量。这种使用稳定同位素进行的测试非常可靠而且无侵入，可以在传染病和营养不良高发区儿童身上安全应用。重要的是,所需设备的价格不是很高，并且在许多发展中国家承受范围之内。
估计总能量消耗 双重标记水法（2H218O）是唯一能够准确确定人在其环境中的能量需要的技术，并且是确定食品能量摄入的最可靠方法之一。由于其费用不高、准确并能够在现场条件下应用，这种方法获得了愈来愈广泛的应用。
当研究对象摄入带双重标记的水后，同位素将与体内水份混合，并在若干天内随各种体液排出。通过对尿液或唾液样本中的氢- 2（氘）浓度进行日常测量，可以估计体内水份的代谢回转。在分析样本中的氧-18时,结果会表明氧-18的排出速率比氢- 2快，因为呼出二氧化碳中也含有氧-18。因此示踪剂氧-18和氢- 2之间的排出速率差异显示出观测期间产生的二氧化碳体积。这个参数可用于计算研究对象的总能量消耗。
瘦体质成分的确定 口服氢- 2和氧-18标记的水，并使之在4～6小时内保持平衡。唾液或者尿液中的同位素浓度反映了同位素经历的稀释过程。在计算瘦体质成分时，体重的差异就是脂肪组织的重量。
总氮通量测量 当人处于紧张状态时，氮流量平衡会发生改变,分解代谢过程强于合成过程，因此导致负平衡。通过口服一剂氮- 15标记的氨基酸或更适宜的蛋白质，可对整个人体的蛋白质代谢回转进行测量。收集9～12小时内的尿液，并测定在尿氨和尿素中的示踪剂氮-15的含量。通过这2个数值可以对整个人体的蛋白质代谢回转进行可靠估计，后者对非蛋白质氮代谢过程中的变化不敏感。
营养素的吸收和利用 断乳婴儿经常要经历一段因感染而腹泻的时期。在这段时间内，营养素摄入不足以满足婴儿生长的需要--小肠容量的增加非常重要。当碳- 13标记的大米（在光合作用期间被暴露于13CO2中）被煮熟和吃下后，可以根据呼吸样本中的13CO2来检测淀粉的消化和吸收。可以通过测定示踪剂碳在全部粪便碳中的含量来估计吸收不良的程度。
食品分析 中子活化分析（NAA）非常有效，因为它的敏感性很高并可以同时测定若干微量元素。感偶等离子体质谱法（ICP-MS）也是测定多元素的一种方法。由于能够使用许多研究堆来提供所需中子源，NAA相关方法的应用对发展中国家非常具有吸引力。
空气污染测定 核和相关分析技术特别适于对过滤器收集的空气颗粒物质进行无损多元素分析。通常使用的技术包括:ICP- MS、NAA、粒子诱导X射线发射、粒子诱导γ射线发射 、能量色散X射线荧光分析和全反射X射线荧光。
