Los episodios de contaminación por compuestos orgánicos (p. ej. compuestos orgánicos volátiles clorados, hidrocarburos del petróleo, hidrocarburos aromáticos policíclicos, etc.) en las aguas subterráneas son un fenómeno muy frecuente en acuíferos situados cerca de polígonos industriales o áreas urbanas en las que existe alguna actividad industrial. Normalmente se asocian a fugas en tanques de almacenamiento o de vertidos accidentales durante operaciones. Estos contaminantes pueden ser más ligeros que el agua, como es el caso de los aditivos de la gasolina i.e. BTEXs, o bien más densos como los compuestos clorados en forma de DNAPLs, factor que determina su comportamiento y la estrategia de remediación en los acuíferos.
Discernir el origen de dicha contaminación es clave para identificar al responsable, y mejorar su gestión. El análisis multi-isotópico de los compuestos orgánicos puede ayudar a discriminar entre diferentes fuentes de contaminación. Además, los isótopos proporcionan una prueba inequívoca de la transformación del contaminante en el medio, ya que los procesos de degradación (que implican ruptura de enlaces de la molécula) están asociados a un cambio en la composición isotópica. Esto es una gran ventaja respecto a las técnicas tradicionales de balances de masa para el seguimiento de la remediación, ya que un descenso en la concentración también puede ser debido a procesos como la adsorción, dilución, o volatilización, que no implican la destrucción del contaminante y generalmente no afectan de manera significativa a su composición isotópica. Por último, el análisis multi-isotópico permite distinguir entre diferentes procesos de degradación y cuantificar la eficacia de los procesos de biodegradación natural o inducida, y de los tratamientos de remediación.