氦的稳定同位素为³He和⁴He。其中，³He主要来源于元素合成时形成的原始核素，地壳和地幔中的⁴He则主要为自然放射性元素U、Th发生α衰变的产物，不过大气中⁴He的主要来源是通过大陆地壳的通量，大洋中脊火山作用和通过洋壳的通量也对大气中⁴He浓度有很大影响。在地幔中，³He的丰度比⁴He高得多，因为³He在形成地球时就被纳入了地球，所以³He的起源完全是原始的，而地幔中的⁴He主要是放射成因的，主要来源于放射性反应和核反应。

   氖在自然界的稳定同位素是²ºNe、²¹Ne和²²Ne。大气中²ºNe/²²Ne的比率为9.80，误差不超过0.08，而原始地幔比率据报道超过12.5。Yatsevich和Honda计算了地幔和地壳中氖的年生产率，与Yatsevich和Honda给出的⁴He生产率相比，这些生产率数量级更高，可以忽略不计。由反应¹⁷O(α，n)²ºNe来产生氖的主要同位素²ºNe的产率也极低。氩的稳定同位素是³⁶Ar、³⁸Ar、³⁹Ar和⁴ºAr。作为一种年代示踪物，半衰期为269年的³⁹Ar在地下水分析中的作用极大。地壳中⁴ºAr的一个来源是钾的电子俘获衰变。由于大气氩的背景较大，仅在停留时间为几百万年范围的地下水中可见⁴ºAr的产生，并且与地下水中的大气平衡成分相比，地壳中由³⁶Cl的β衰变产生的³⁶Ar可以忽略不计。

   氪的同位素有⁸⁴Kr、⁸¹Kr和⁸⁵Kr。其中，最稳定的同位素是⁸⁴Kr。⁸⁵Kr的半衰期为10.8年，自然丰度约为2×10⁻¹¹，主要以气态形式存在于大气中。⁸⁵Kr可以由宇宙射线和大气中的稳定同位素原子作用生成，然而目前大气中的⁸⁵Kr几乎全部来自于人类的核活动。⁸¹Kr半衰期为23万年，同位素自然丰度约为1×10⁻¹²。与⁸⁵Kr不同，⁸¹Kr同位素主要由地球上层大气中元素的稳定同位素与宇宙射线作用而成，它可以很好地进入低层大气参与气流循环，并在大气中形成较为均一的同位素分布，由于其半衰期很长，宇宙射线对其局部浓度的扰动并不能对其整体丰度产生影响。氙的稳定同位素分别是¹²⁴Xe、¹²⁶Xe、¹²⁸Xe、¹²⁹Xe、¹³ºXe、¹³¹Xe、¹³²Xe、¹³⁴Xe和¹³⁶Xe，这些同位素的天然含量占比分别为0.094%、0.089%、1.875%、26.074%、4.011%、21.210%、27.108%、10.451%以及9.088%。²³²⁴

   氡是由放射性元素镭衰变产生的唯一一个天然放射性稀有气体。氡有27种同位素，其中²²²Rn、²²ºRn和²¹⁹Rn是氡最重要的同位素，它们的半衰期分别是3.82天、55.6秒以及3.9秒。