自然界中的稀有气体元素在元素周期表中属于零族，包括氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）和氡（Rn）六种（其中Rn是放射性元素）。这些元素通常具有多种同位素，并且它们的形成原因各不相同。例如，氦有两种主要同位素（3He和4He），分别源自原始氦和放射性成因氦。原始氦在宇宙演化过程中主要由氢（H）的燃烧形成，存在于地幔中，并在地球脱气过程中释放到地表。放射性成因氦则主要是由铀（U）和 Thor（Th）的α衰变产生，还有部分是由6Li（n,α）+3H（β-）→3He反应形成，以及极少量的宇宙射线散裂作用产生的宇宙成因氦和氩。
氩有三种稳定同位素（36Ar、38Ar和40Ar），其中40Ar主要是由钾（K）的衰变形成。目前，氦和氩同位素的研究较为成熟，而其他稀有气体的同位素研究仍在不断发展中。根据 Kaneoka 和 Takaoka（1985）的分类，地球上的氦和氩储层可以分为四类：大气型、地壳型、大洋中脊玄武岩型和地幔羽型，它们的同位素组成有所不同。
研究表明（马锦龙和陶明信，2003），氖的同位素来源有两个主要的源区：大气和地幔。大气中的20Ne/22Ne值为9.8，而地幔的值则有争议，一种是12.5，另一种是13.8，分别与陨石和太阳的来源相对应。此外，氪和氙的同位素特征值通常与大气值一致，但也有过剩现象，这可能是由超新星爆炸和放射性衰变引起的。
自20世纪60年代以来，稀有气体同位素地球化学在地质领域得到了广泛应用，特别是在研究地球的起源、形成和演化等方面。地幔流体中保存着原始地球演化过程中残留的稀有气体，它们通过火山活动和深大断裂等途径渗出地表。幔源岩的气液包裹体中含有稀有气体，尽管它们的封闭温度不高，但流体包裹体壁阻止了稀有气体的扩散，使其活动性较低。
近年来，地幔稀有气体同位素地球化学研究已经扩展到全球许多地区，包括幔源捕虏体、大洋中脊玄武岩、洋岛玄武岩和金刚石。通过对世界各地幔源岩的He、Ne、Ar同位素组成的统计分析，发现不同构造环境的地幔岩具有不同的同位素组成特征。
总之，稀有气体同位素的研究为我们提供了关于地球内部结构和演化的宝贵信息，而且随着技术的进步，这些研究将继续揭示更多关于地球及其他天体的秘密。
