动力学同位素效应（Kinetic Isotope Effect, KIE）是指在化学反应中，由于反应物中某个原子被其同位素替代而引起的反应速率变化。这种效应是由同位素的质量差异导致的，因为质量不同的同位素具有不同的零点能（Zero Point Energy, ZPE），从而影响反应物到过渡态的能量障碍。
动力学同位素效应的数值通常定义为较轻同位素参加反应的速率常数与较重同位素参加反应的速率常数的比值。这种效应与反应的平衡常数（ΔG）无关，但可以提供有关反应机理的重要信息。
动力学同位素效应可以分为两类：
一级动力学同位素效应（Primary Isotope Effect）：
当反应的决速步骤中涉及同位素标记的化学键的断裂或形成时，观察到的一级同位素效应。这种效应的数值通常较高，因为同位素质量差异导致的零点能差异较大。
二级动力学同位素效应（Secondary Isotope Effect）：
当反应的决速步骤中不涉及同位素标记的化学键的断裂，但同位素标记的化学键可能在反应过程中被削弱或碳原子的杂化状态发生改变时，观察到的二级同位素效应。这种效应的数值通常较低，因为其影响机制与一级同位素效应不同。
动力学同位素效应在化学反应机理的研究中非常重要，可以帮助科学家确定反应的决速步骤，从而更好地理解反应过程。此外，这种效应在药物开发、材料科学和环境科学等领域也有广泛应用。例如，在药物开发中，通过使用动力学同位素效应可以优化药物分子的合成和代谢稳定性。