根据共生矿物对的同位素分馏（见稳定同位素地球化学）测定地质体中同位素平衡时的温度。由同位素分馏作用已知，同位素交换反应的分馏系数（α）随温度（T）而变化，它们之间的关系式为 1000lnα=(A/T)+B 该式为同位素地质温度计的计算公式，A和B是实验确定的常数，与矿物种类有关。目前常用的有石英－磁铁矿、石英-白云母、石英-方解石等共生矿物对氧同位素地质温度计和闪锌矿-方铅矿、黄铁矿-方铅矿等硫同位素地质温度计。同位素地质温度计不需进行压力校正。

释文:同位素地质温度计根据共生矿物对的同位素分馏测定地质体中同位素平衡时的温度。常用的有石英-磁铁矿﹑石英-白云母﹑石英-方解石等共生矿物对氧同位素地质温度计和闪锌矿-方铅矿﹑黄铁矿-方铅矿等硫同位素地质温度计。同位素地质温度计不需进行压力校正。

发现氧同位素与古气候之间有关连，是一件有趣且偶然的事。1946年的冬天，美国芝加哥大学化学教授尤瑞（H.C.Urey），在瑞士苏黎世著名的工科大学讲演，谈到有关同位素的事。尤瑞指出：虽然同位素在化学性质上几乎一样，但在参与化学反应时往往造成不一样的结果。例如，放在桌上的一杯水会自然蒸发，其中氧同位素（16O17O18O）即以不同的速率向外逸散，质量轻的氧-16就蒸发的比质量重的氧-18多。时间一久，这杯水内相对的就比当初含有较多的氧-17及氧-18。尤瑞的结论是：地球上的海洋已经过了漫长的类似蒸发作用，因此海洋相对地应该要比陆上的淡水含有较多的氧-17及氧-18。 突然发现手上握着一支地质温度计

在演讲后的讨论里，瑞士有名的结晶学者尼格立（P.Niggli)当即推论说：如果海水与淡水的氧同位素组成不同，则在这两个水体里沈淀出的“含氧矿物”就会反应出它们之间的差异。尼格立建议大家来分析石灰岩、珊瑚以及水生动物石灰质骨骼中的氧同位素，就可以区别出它们的来源。尤瑞听了后记在心里，一回到芝加哥大学的实验室，就着手计算海水与淡水中碳酸盐的氧同位素比值差异到底应有多少。结果他惊喜地发现：碳酸盐氧同位素的比值与其沈淀时的温度有关。尤瑞后来回忆说：“我突然发现手上握着一支地质温度计。”

当然，在1947年时，这支地质温度计实际上还在尤瑞的脑子里，而不在他的手上，因为尤瑞面临二个难题。第一个是碳酸盐氧同位素的温度效应太小，当时质谱仪无法测量。依尤瑞的计算，如果温度差一度，碳酸盐的氧同位素比值（18O16O）只有十万分之五的差异；而当时最好的质谱仪只能量出温度约10度的氧同位素比值。在海洋里，10度几乎就是温带与两极地区的温差！因此，尤瑞必须将质谱仪的灵敏度提高10倍。借着一组优秀同事的协助，费了二年多的时光，他们克服了这困难。

接着，第二个难题是为了检验与补充尤瑞的理论计算，他必须以实验方法，导出一个碳酸盐氧同位素的温度方程式。加州大学斯克里普斯海洋研究所提供了养殖海洋贝类的恒温水槽，尤瑞及他的同事爱普斯坦（S.Epstein）开始分析在不同温度下生长贝类的氧同位素组成。可是现生贝类的壳里不只是含有碳酸钙，还有少量的有机质。这些有机质里的氧同位素会干扰碳酸盐里氧同位素的信号，使分析出的结果无法反映出碳酸盐氧同位素应有的温度效应。在尤瑞及爱普斯坦的努力下，他们总算发展出一套可靠的标本处理程序，把贝壳里不需要的有机质除去，单单分析碳酸盐里氧同位素的组成。他们分析的结果终于得到了所要的碳酸盐氧同位素的温度方程式，也证实了当初尤瑞的理论计算，基本上是正确的。