A hidrologia isotópica é um campo da hidrologia que utiliza datação isotópica para estimar a idade e as origens da água e do movimento dentro do ciclo hidrológico. As técnicas são usadas para políticas de uso da água, mapeamento de aquíferos, conservação do abastecimento de água e controle da poluição. Ele substitui ou complementa métodos anteriores de medição de chuva, níveis de rios e outros corpos d’água ao longo de muitas décadas. As moléculas de água carregam impressões digitais únicas, baseadas em parte nas diferentes proporções dos isótopos de oxigênio e hidrogênio que constituem toda a água. Isótopos são formas do mesmo elemento que possuem números variáveis de nêutrons em seus núcleos. Uma aplicação comumente citada envolve o uso de isótopos estáveis para determinar a idade do gelo ou da neve, o que pode ajudar a indicar as condições climáticas no passado. Outra aplicação envolve a separação do fluxo de águas subterrâneas e de base do fluxo de água no campo da hidrologia de captação. As assinaturas da água subterrânea também podem ser identificadas por amostragem de poço, a assinatura composta no riacho é um indicador de, a qualquer momento, qual porção do fluxo vem do fluxo superficial e qual porção vem do fluxo subterrâneo.