Một nguyên tố có thể có nhiều đồng vị giống nhau về số điện tử (và số proton của hạt nhân) nhưng khác nhau về số nơtron của hạt nhân. Các đồng vị có tính chất hoá học giống nhau vì có các lớp điện tử giống nhau, nhưng có tính chất vật lí khác nhau. Những đồng vị phóng xạ có thể dùng để đánh dấu sự có mặt của chúng, thì được gọi là NTĐD. NTĐD được dùng để nghiên cứu cơ chế các quá trình hoá học (cơ chế phản ứng, cơ chế chiết và cấu trúc của các chất). Vd. để nghiên cứu cơ chế phản ứng hữu cơ, người ta thay một ít đồng vị thường của cacbon 12C bằng đồng vị phóng xạ 14C trong cấu tạo của phân tử chất tham gia phản ứng; để theo dõi sự di chuyển của chất lân (photpho) trong cây, người ta cho một ít lân phóng xạ 32P vào phân lân thường 31P