Kinetički izotopni efekt je pojava kod koje dolazi do promjene konstante brzine reakcije uslijed supstitucije nekog od atoma u reaktantima njegovim izotopom. Primarni kinetički izotopni efekt nastupa kad tijekom koraka koji određuje brzinu reakcije dolazi do pucanja veze s izotopno supstituiranim atomom, a uzrokovan je razlikama u energijama istezanja veza s različitim izotopima zbog različite mase. Sekundarni kinetički izotopni efekt se javlja kad tijekom koraka koji određuje brzinu reakcije dolazi do promjena, poput pucanja i nastajanja veza, promjene hibridizacije i sl., na atomu na koji je vezan izotopno supstituirani atom ili na njemu susjednom atomu. Pritom ne dolazi do pucanja veze s izotopom. Uzrokovan je prvenstveno razlikama u energijama savijanja kuteva na atomima koji uključuju vezu s izotopom. Doprinos primarnom kinetičkom izotopnom efektu može imati i kvantno tuneliranje što je pojava da kvantno-mehaničke čestice mogu imati vjerojatnost prolaska kroz barijeru energije veće od njihove ukupne energije. Vjerojatnost tuneliranja opada porastom mase čestice, stoga ako je u reakciji prisutno tuneliranje, konstanta brzine bit će veća za reakciju s lakšim izotopom. Do promjene konstante brzine reakcije može doći i uslijed zamjene otapala njegovim izotopologom što se naziva kinetički izotopni efekt otapala. Kinetički izotopni efekti bit će najveći prilikom zamjene izotopa vodika jer su njihove relativne razlike u masama najveće, no kinetički izotopni efekti se mogu javiti i prilikom izotopne supstitucije težih elemenata. Kinetički izotopni efekti daju informaciju dolazi li do pucanja veze s nekim atomom ili do promjene hibridizacije atoma tijekom koraka koji određuje brzinu reakcije, stoga imaju važnu primjenu u određivanju mehanizama reakcija.