Marcador isotópico ou marcação isotópica é uma técnica para rastrear a passagem de uma amostra de substância, um isótopo (um átomo com uma variação detectável no número de nêutrons) através de um sistema (uma reação química, uma via metabólica, ou uma célula). Se estes isótopos não usuais são detectados posteriormente em certa parte do sistema, deveriam originar-se da substância marcada. A substância, um reagente, é 'marcada' ao incluir isótopos pouco usuais em sua composição química, substituindo átomos específicos por seu isótopo. É permitido então ao reagente a sofrer a reação. A posição dos isótopos nos produtos é medida para determinar a sequência que o átomo isotópico seguiu na reação ou a via metabólica da célula. Os nuclídeos usado na marcação isotópica podem ser nuclídeos estáveis ou radionuclídeos. Neste último caso, a marcação é chamada radiomarcação.

Na marcação isotópica comum, existem múltiplas formas de detectar a presença de isótopos de marcação, através de suas diferentes massas, modos vibracionais ou decaimento radioativo. Espectrometria de massa detecta as diferenças na massa de isótopos, enquanto espectroscopia de infravermelho detecta a diferença nos modos vibracionais dos isótopos. Ressonância magnética nuclear detecta átomos com diferentes razões giromagnéticas. O decaimento radioativo pode ser detectado através de uma câmara de ionização ou autorradiografias de géis.

Um exemplo do uso do marcador isotópico é o estudo do fenol (C₆H₅OH) em água, ao substituir-se hidrogênio (prótio) com deutério (marcado com deutério). Ao acrescentar-se fenol à água deuterada (água que contém D₂O além do H₂O usual), se observa a substituição de deutério por o hidrogênio no grupo hidroxilo do fenol (resultando em C₆H₅OD), indicando que o fenol sofre rapidamente reações de intercâmbio de hidrogênio com a água. Somente o grupo hidroxilo é afetado, indicando que os outros 5 átomos de hidrogênio não participam nestas reações de intercâmbio. Para efeitos experimentais e didáticos em laborratório, o resorcinol é deuterado muito mais rapidamente em condições ácidas do que o fenol, mantendo um efeito isotópico comparável.