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同位体異性体とは、同位体置換によって異なる異性体であり、各同位体の原子数は同じだが、その配置が異なるものである。例えば、CH₃ODとCH₂DOHは、モノ重水素化メタノールの2つの同位体異性体である。
同位体の位置によって、分子は構造異性体（構成異性体）または立体異性体のいずれかになります。同位体異性体は、核磁気共鳴分光法、反応速度論、生化学などの分野で応用されています。
同位体異性体または同位体異性体は、同位体原子を持つ異性体であり、各元素の各同位体の数は同じですが、分子内での位置が異なります。その結果、分子は、同位体の位置のみに基づいて、構造異性体または立体異性体のいずれかになります。同位体異性体という用語は、1992年にシーマンとペインによって、同位体異性体を同位体同位体（同位体同族体）と区別するために初めて提案されました。 [ 1 ] [ 2 ]
核磁気共鳴分光法では、存在量が非常に多い12C同位体は信号を発しないのに対し、比較的希少な13C同位体は容易に検出されます。そのため、化合物の炭素同位体異性体を炭素13 NMRで研究することで、構造中の異なる炭素原子について知ることができます。1つの13C同位体を含む個々の構造は、その近傍の構造に関するデータを提供します。化学物質の大きなサンプルには、このような同位体異性体の混合物が含まれているため、サンプルの単一のスペクトルには、そのサンプル中のすべての炭素に関するデータが含まれています。通常の炭素系化学物質のサンプル中の炭素のほぼすべてが12Cであり、13Cの存在量は約1%にすぎないため、単一置換同位体異性体の総存在量は約1%にすぎず、2つ以上の13Cを含む構造の量は指数関数的に少なくなります。単一構造内で隣接する2つの炭素原子が両方とも13Cである場合、それらの間に検出可能なカップリング効果が生じるとともに、それぞれの炭素原子自体からも信号が発せられます。INADEQUATE相関実験はこの効果を利用して、構造内のどの炭素原子が互いに結合しているかを示す証拠を提供し、未知の化学物質の実際の構造を決定するのに役立ちます。
反応速度論では、同じ化学物質の異なる同位体異性体間で速度効果が観察されることがあります。この速度論的同位体効果は、質量が異なる原子がプロセスにどのように関与しているかを分析することで、反応機構の研究に利用できます。[ 4 ]
生化学において、デンプンなどの生化学物質の同位体異性体の違いは、考古学において実用的な重要性を持つ。それらは、旧石器時代まで遡る先史時代の人類の食生活の手がかりとなる。これは、自然界に存在する二酸化炭素が12Cと13Cの両方を含んでいるためである。イネやオート麦などの単子葉植物は、ジャガイモや果樹などの双子葉植物とは、光合成の産物として組織に取り込まれる12CO2と13CO2の相対的な量が異なる。こうした生物の組織（通常は歯や骨）が回収された場合、相対的な同位体含有量から、調査対象者の主食の主な供給源に関する有用な情報を得ることができる。
キュモマーとは、類似した特性を共有する同位体異性体の集合であり、代謝フラックス解析に関連する概念です。この概念は1999年に開発されました。[ 5 ] [ 6 ]代謝カスケードでは、多くの分子が同じ同位体標識パターンを含みます。このようなカスケードの解析を簡略化するために、同一の標識原子を持つ分子は、キュモマー（累積と同位体異性体の融合）と呼ばれる仮想分子に集約されます。[ 5 ]