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。