Показано, что фракционирование изотопов химических элементов в химических и биохимических реакциях базируется на двух фундаментальных свойствах ядер — масса и спин, различия в которых могут влиять как на скорость химических реакций, так и на энергетическое состояние реагирующих систем. В ряде случаев наблюдаются отклонения от масс-зависимого линейного изотопного эффекта для большинства нечетных изотопов от водорода до урана. Эти особенности фракционирования могут быть использованы: в живых организмах — для ранней диагностики патологий разной этиологии; в абиогенных природных системах — для разработки новых способов обогащения изотопов тяжелых элементов.