El efecto isotópico cinético (EIC) es una variación en la velocidad de una reacción química cuando en uno de los reactivos, un átomo es sustituido por uno de sus isótopos. También es llamada fraccionamiento de isótopos, aunque este término técnicamente tiene un sentido más amplio. Un EIC para hidrógeno y deuterio se representa como:

${\displaystyle EIC={\frac {k_{H}}{k_{D}}}}$

con k_H y k_D como constantes de velocidad de reacción.

Una sustitución isotópica modificará enormemente la velocidad de reacción cuando el reemplazo isotópico se da en un enlace químico que es roto o formado en el paso limitante de la reacción. En ese caso, el cambio en la velocidad de reacción es llamado "efecto isotópico primario". Cuando en la sustitución no está involucrado el enlace que se rompe o se forma, aun así se puede observar un pequeño cambio en la velocidad de reacción llamado "efecto isotópico secundario". Así, la magnitud del efecto isotópico cinético puede ser usada para estudiar un mecanismo de reacción. Si otros pasos de la reacción son los que determinan su velocidad, el efecto de las sustitución isotópica no podrá ser percibido.

Los cambios isotópico son más pronunciados cuando el cambio relativo en masa es mayor. Por ejemplo, el cambio de un átomo de hidrógeno a deuterio representa un 100% de incremento en masa, mientras que en la sustitución de ¹²C con ¹³C, la masa aumenta sólo un 8%. La velocidad de una reacción que involucre un enlace C-H es típicamente 6 a 10 veces mayor que la correspondiente a un enlace C-D, mientras que una reacción de ¹²C es solamente ~1,04 veces más rápida que la reacción equivalente con ¹³C (aunque en ambos casos el isótopo es una unidad de masa atómica mayor).

La sustitución isotópica puede modificar la velocidad de una reacción de varias formas. En muchos casos, la diferencia puede ser racionalizada notando que la masa de un átomo afecta la frecuencia vibratoria del enlace químico que forma, aun si la configuración electrónica es prácticamente idéntica. Los átomos más pesados llevan desde un punto de vista clásico a menores frecuencias vibracionales, o visto desde la mecánica cuántica, a una menor energía del punto cero. Con esto, se debe aportar más energía para romper el enlace, resultando en una mayor energía de activación para llevar a cabo la reacción, lo que a su vez disminuye la velocidad medida (ver, por ejemplo, la ecuación de Arrhenius).

La ecuación de Swain relaciona el efecto isotópico cinético de la combinación protón/tritio con la de protón/deuterio.