Le thermomètre isotopique mesure la composition en deutérium ou en oxygène 18 d’une masse d’air humide ou d’une carotte de glace. Cette composition isotopique est reliée à la température de condensation de la vapeur d’eau. En Antarctique, la glace a permis d’archiver les données de la température sur 800 000 ans avec une résolution quasiment annuelle.