δ34S
尽管硫有25种已知的同位素，但只有四种是稳定的，对地球化学具有重要意义。在这四种中，两种（32S，轻；34S，重）构成了地球上99.22%的硫。绝大多数（95.02%）的硫以32S的形式存在，只有4.21%是34S。这两个同位素的比率在太阳系中是固定的，并且自太阳系形成以来一直如此。地球整体硫同位素比率被认为与从Canyon Diablo陨硫铁（CDT）测量的22.22相同，这是一种陨石。这个比率被接受为国际标准，因此被设定为δ = 0.00。偏离0.00的表达方式是δ34S，这是一个以千分比（‰）表示的比率。正值与34S的增加水平相关，而负值与样本中32S的更多相关。
通过非生物过程形成硫矿物的过程中，对轻同位素和重同位素的区分并不显著，因此石膏或重晶石中的硫同位素比率应与它们沉淀时水柱的整体同位素比率相同。通过生物活动进行的硫酸盐还原对这两种同位素有很强的区分能力，这是因为与32S的酶促反应更快。目前海水中的δ34S平均值约为+21‰。
在2010年代之前，人们认为硫酸盐还原可以将硫同位素分馏到46‰，并且记录在沉积物中的大于46‰的分馏必须是由于沉积物中硫中间体的歧化作用。自2010年代以来，这种观点发生了变化，认为硫酸盐还原可以将同位素分馏到66‰。由于歧化作用的底物受硫酸盐还原产物限制，因此在大多数沉积环境中，歧化作用的同位素效应应小于16‰。
在地质历史过程中，硫循环和同位素比率与生物圈共同演化，总体上变得更加负值，这是由于生物驱动的硫酸盐还原增加，但也显示了大量的正值偏离。一般来说，硫同位素的正值偏离意味着黄铁矿的沉积过剩，而不是陆地暴露的硫化物矿物的氧化。