医学
在医药学上，氧-18是示踪人体生理过程的基本材料，主要有三个方面：
一是在药物研究中，氧元素是大部分药物结构中必须的元素。在代谢研究中，通常采用氧-18来代替普通氧进行同位素示踪，可以灵敏、准确、快捷地搞清药物在机体内活动规律、代谢途径。这种示踪研究对于开发新药是必不可少的，对于指导药物的人体内应用有十分重要的意义。
二是在能量代谢研究中的应用：由氧-18和氢组成的分子，化学式为H218O，叫氧-18水。测定自由人的能量代谢，最快捷准确的方法是用双标记水技术（DLW）：即氢氧双重同位素示踪方法。人或动物喂食一定剂量的H-2（氘）和O-18双标记的水之后，取样测定排出体外的同位素速率，就可测出代谢状态。双标记水技术在运动医学、儿童营养、食物营养以及减肥、宇航员饮食等方面已经得到广泛运用，具有广阔的发展前景。
三是从1990年发展起来的PET（正电子发射断层显象）技术，更使重氧水的应用获得了前所未有的机遇。与从形态学角度诊断疾病的CT、核磁共振等显像技术相比，PET能从分子水平提供病变的功能、代谢或受体结合等信息，被称为“活体生化显像”。由于疾病的生化改变往往早于形态学的改变，因此，它能更早期、灵敏、准确的诊断疾病，尤其是肿瘤、冠心病和脑部疾病。PET显像剂，90%以上是用氟-18，而氟-18是以氧-18为靶材在加速器中经质子轰击而形成的。因此作为正电子发射靶材已经成为氧-18最主要的用途。
环境科学和水文地质学
在环境科学和水文地质学上，重氧水作为地表和地下水的示踪剂，也是一项新的技术。该项技术采用简单的稀释方法：在测定点灌入一定量的重氧水，在其下游取水样分析，从这些氧-18含量的分析结果可以获得水从原点向四周扩散的速率、范围等数据，从而得到相关的结论。这项技术非常有吸引力，因为重氧水是稳定同位素示踪剂，不和水源起任何反应，只是简单的混合。其总费用要比使用其他测定方法便宜得多。