Zuurstofisotopenanalyse is een veelgebruikte onderzoeksmethode in de aardwetenschappen waarbij de verhouding tussen de stabiele zuurstofisotopen 16O en 18O in sediment wordt bepaald. Dit resulteert in de zogenoemde deltawaarde: δ18O. Deze waarde is afhankelijk van de temperatuur en samenstelling van het oceaanwater. Door deze eigenschappen kan de δ18O-waarde als proxy dienen bij reconstructies van temperatuur en ijsvolume uit het geologische verleden. De zogeheten Marine Isotope Stages zijn gebaseerd op zuurstofisotopenanalyses.