δ18O is een isotopische signatuur, een maat voor de verhouding van de twee stabiele isotopen van zuurstof 18O en 16O. Een atoom heeft altijd een bepaald aantal protonen die het atoomnummer bepaalt van het element. Het aantal neutronen daarentegen kan variëren. Een isotoop is dus één variëteit van een element met een bepaald aantal neutronen. Het δ18O varieert per gebied op het land of in de zee afhankelijk van bijvoorbeeld natuurlijke fosfaatbronnen zoals de mineralisatie van veen of de temperatuur van omringend water, maar ook antropogene factoren zoals bemesting. Het δ18O ratio weerspiegelt ook de lokale verdamping en zoetwatertoevoer, aangezien regenwater relatief meer 16O bevat omdat het lichtere istotoop eerder verdampt. Het oppervlakte van de oceaan bevat dan ook relatief minder δ 16O rond de subtropen en tropen bevat waar meer verdamping plaatsvindt. Voor deze methode worden de zuurstofatomen van andere stoffen gescheiden en uitgelezen door een massaspectrometer. Het wordt vaak gebruikt als maat voor de temperatuur van neerslag, als maat voor grondwater/mineraalinteracties. Deze toepassing kan relevant zijn in de archeologie om bijvoorbeeld klimatologische veranderingen en de daaruit volgende effecten op een samenleving te bestuderen. Ook kunnen de 18O- en 16O-gegevens van koralen, Foraminifera (eencelligen met een uitwendig kalkskelet) of in tanden worden gebruikt om indirect de temperatuur van het klimaat op het moment dat de carbonaatstructuur werd gevormd te meten.