包括直接化学合成法和生物化学合成法两种。直接化学合成法是以氚气、氚水或金属氚化物为原料，通过催化还原、氚－卤取代等反应来制备氚标记化合物的。直接化学合成法的优点是可以制取定位的和近于无载体的氚标记化合物，反应
副产物少，产品易于
纯化；其缺点是有时化学合成步骤多，产品的化学和放射化学收率低，难以制备许多复杂的天然产物和
生物聚合物的氚标记化合物，在分子重排和同质异构现象中容易出现氚标记的转移。生物化学合成法是以氚标记有机化合物或含氚无机化合物为作用物，利用特异酶反应和非特异反应来制备所需的氚标记化合物。由于其他氚标记方法如非合成法能比较容易地获得所需的氚标记化合物,所以生物化学合成法对于制备氚标记化合物来说,不如对制备其他标记化合物（如
碳14标记化合物）有用。
有威尔茨巴赫标记法、微波氚标记法、辐射合成法、
同位素交换法、反冲原子法以及其他物理－化学标记法。非合成法一般具有操作简便的优点，并适用于制备多种氚标记化合物，但缺点是氚在标记化合物分子上的位置通常不能预先确知，且所获得的氚标记化合物的
比活度（见活度）较低，而放射化学杂质的含量却比较高。为制备氚标记化合物，除了单独采用合成法或非合成法外,有时也将两类方法结合起来使用。(见放射性标记方法)
视核素标记在化合物分子中的位置而定。例如，定位标记的氚标记乙醇可能有三种不同的标记位置，即CH3CHTOH、CH2TCH2OH和CH3CH2OT；其命名则分别为乙醇-1-T、 乙醇-2-T和乙醇-（羟基-T）。若为不定位氚标记化合物,则附以“G”字母，如色氨酸－T(G)；若氚标记是分布在由制备方法所预定但未经实验证实的化合物分子的标称位置上,则附以“n”字母。例如[1α，2α(n)-T]胆固醇。化合物分子中氚标记的数目用下角标表明，例如全氚甲烷，以CT4表示，或写作甲烷－T4。
由于氚不仅具有适宜的核物理性质，并具有价廉、毒性较低、比活度较高和放射自显影良好等优点，所以氚及其标记化合物在军事、工业、水文、地质，以及各个科学研究领域里均起着重要的作用；在
生命科学的许多研究工作中，氚标记化合物则是必不可少的研究工具。例如，
酶的作用机理和分析、
细胞学、
分子生物学、受体结合研究、放射免疫分析、
药物代谢动力学，以及癌症的诊断和治疗等，都离不开氚标记化合物。在使用氚标记化合物进行示踪实验时，必须注意氢的
同位素效应、
自辐解和在实验条件下氚标记化合物的稳定性问题，以求获得正确的实验结果。