Análises elementares (Bulk) e de seus compostos orgânicos permitem o uso de biomarcadores baseados em razões isotópicas de carbono (δ13C), deutério (δ2H), nitrogênio (ő15N), oxigênio (δ18O) e enxofre (δ34S). Isto se deve ao fato de que a matéria orgânica presente em sedimentos e outras matrizes ambientais apresenta uma série de indicadores, que podem ser utilizados na reconstrução paleoambiental e ambiental dos sistemas estudados. Trata-se de uma complexa mistura de lipídios, carboidratos, proteínas, ácidos graxos e outros componentes, produzidos por organismos que podem fornecer informações sobre variações ambientais locais ou regionais, ocorridas naturalmente ou induzidas pelo Homem. 

Atualmente a técnica de CSSI (Compound-Specific Stable Isotope), acoplada a análises orgânicas elementares, é considerada o que há de mais inovador em análises isotópicas. Através de medições das proporções de ocorrência natural de isótopos estáveis em diversos compostos dos indivíduos, que compõem a matéria orgânica presente em amostras sedimentares, pode-se identificar com uma grande margem de segurança a origem da matéria sedimentar. Por exemplo, podem ser verificadas diferentes assinaturas (“impressões digitais”) isotópicas de carbono em indivíduos oriundos de espécies de plantas C3 e C4, organismos bentônicos, fito e zooplanctônicos, etc. Assim, estes compostos orgânicos são cruciais na identificação e quantificação de alterações em ecossistemas terrestres e marinhos, além de testar o quanto a decomposição da matéria orgânica e a fisiologia microbiológica são sensíveis à variação da temperatura. Adicionalmente, as medidas das razões isotópicas de carbono (δ13C), são essenciais em estudos de gases, tais como CO2 e CH4, que estão relacionados com a ocorrência do efeito estufa. Esses exemplos mostram que a proporção relativa de isótopos de compostos específicos é significativamente correlacionada com importantes processos ambientais.