ヘリウムの同位体（ヘリウムのどういたい）は8種類が知られているが、3Heと4Heの2種類のみが安定である。地球の大気中には、3Heと4Heは1対100万の割合で存在する。しかしヘリウムはその由来によって同位体組成が大きく異なるという特徴がある。星間物質の中では、3Heの割合は約100倍も高くなる。地球上の岩石でも同位体の存在比は10倍も異なる。この事実は地質学で、岩石の起源やマントルの組成を調べるのに使われている。