اقیانوس شناسی شاخه­ های گوناگونی از علم را دربر می­گیرد که شامل فر­آیندهای بیولوژیک، شیمیایی و فیزیکی می ­باشد که در اقیانوسها بوقوع می­ پیوندد. آنالیز ایزوتوپهای پایدار ابزار قدرتمندی در ردیابی این فرآیندها در اختیار می­ گذارد. ایزوتوپهای پایدار اکسیژن و هیدروژن ، هیدرولوژی آبهای اقیانوسی را آشکار کرده و می ­توان توسط آنها چرخه آب، فرآیندهای تبخیری و تاثیر جو در مقیاس محلی و منطقه­ ای و حتی جهانی را دنبال نمود.

چرخه مواد مغذی و اکولوژی اقیانوسها نیز به نوبه خود جالب توجه هستند. بعنوان مثال ایزوتوپهای پایدار گوگرد، نیتروژن و کربن ابزارهای قدرتمندی هستند که برای ردیابی فعالیت جلبکها، توضیح ساختارهای زنجیره غذایی در اجتماعات سطحی وکف اقیانوسی و ردیابی شار مواد مغذی در فصول مختلف بکار گرفته شده ­اند.

تغییرات اقلیمی یکی از بزرگترین تهدیدات تمدن بشری است، اما تعیین سناریو­های اقلیمی آینده تنها هنگامی امکان ­پذیر است که بتوان اتفاقاتی را که در گذشته بر سر اقلیم کره زمین آمده است را بدانیم. با فهم تغییرات اقلیم کره زمین و مکانیسم­های ممکن دانشمندان قادر هستند مدل­های بسیار پیچیده ­ای را برای پیش­بینی آینده اقلیمی کره زمین ارائه داده و دولتمردان و سیاست­گذاران را از خطرات فعالیتهای انسانی آگاه سازند. آنالیز ایزوتوپهای پایدار مانند دماسنج باستانی عمل می­ کند که اجازه می­ دهد دمای گذشته کره زمین را از موادی مانند: میکروفسیلها، هسته ­های یخی و حلقه­ های موجود در بدنه درختان محاسبه کنند.