在1969年发现的阿颜德陨石是种碳质球粒陨石。这类陨石可能在早期将大部分的水由太空输送到地球上，证据是其含有的同位素与地球海水中的相似。
同位素比具有独特的“化学指纹”，可将地球的水与太阳系中其他天体的水进行比较。其中一种同位素比 - 氘与氢的比（D/H比）- 对于寻找地球上水的起源特别有用。氢是宇宙中最丰富的元素，其较重的同位素氘有时可取代H2O等分子中的氢原子。大多数氘是在大爆炸或超新星中产生，因此它在整个太阳系的形成和演化中会不均匀分布，在太阳系形成的早期就被“锁住”。[36]经研究地球和太阳系其他冰冻天体的同位素比率，有机会找出地球水的来源。
地球
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地球海水的氘与氢之比已知为非常精确的 (1.5576 ± 0.0005) × 10−4。[37]这个数值代表的是地球上储水所在全部来源的混合后结果，可用于识别地球水的一个或是多个来源。在地球的生命周期中，氘与氢的比可能会增加，因为较轻的同位素在大气逃逸（进入太空）的过程中甚有可能会丧失。但目前科学界对于随时间演进而降低地球D/H比的过程尚不知。 [38]今日金星具有如此高D/H比的一种解释是由于其中较轻同位素丧失的缘故，金星的水在失控温室效应期间被蒸发，随后其上大部分的氢也散逸进入太空。.[39]最初输送到地球水中的D/H比较现在的为低，地球上水的D/H比随著时间演进而显著增加。这与地球早期演化过程中即已存有很大部分水的情景呈现一致的情况。[22]
小行星
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参见：碳质球粒陨石
由欧洲太空总署所发射的太空船乔托号（Giotto），于1986年掠过哈雷彗星，使用质谱仪分析来自彗星表面冰的升华中的同位素成分。
由多项地球化学研究所得的结论是小行星很可能是地球上水的主要来源。[40]碳质球粒陨石是太阳系中最古老陨石中的一个子类，其同位素水平与地球海水最相似。[41][42]碳质球粒陨石的CI群和CM群亚类的氢和氮同位素水平与地球海水非常匹配，表示这些陨石中的水可能是地球海洋的来源。[43]在地球上发现的两块45亿年前的陨石含有液态水以及多种贫氘有机化合物，进一步支持这一论点。[44]地球目前的氘与氢的比例也与古代的钙长辉长无粒陨石相匹配，这些陨石起源于外小行星带的小行星灶神星。[45]CI群、CM群和钙长辉长无粒陨石被认为具有与来自外主小行星带的古代冰原行星相同的水含量和同位素比率，这些原行星后来将水输送到地球。[46]
进一步对小行星粒子的研究为以下理论提供支持 - 即地球水的大部分来自太阳风中粒子携带的氢原子，这些氢原子与小行星上的氧气结合，然后以太空尘埃的形式到达地球。研究利用原子探针断层扫描技术，在日本太空隼鸟号探测器从小行星25143取回的颗粒中发现单个颗粒表面上有氢氧化物和水分子存在。[47][48]
彗星
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彗星是由尘埃和冰组成的一公里大小的天体，起源于古柏带（20-50个天文单位之外）和欧特云（>5,000 个天文单位之外），依循高度椭圆型的轨道而进入内太阳系。科学家对它们进入内太阳系的轨道，及其所具有的冰成分作为远程和原位测试D/H比的目标。
假设地球上的水仅源自彗星的可能性并不大，由哈雷彗星、百武二号彗星、海尔-博普彗星、2002T7彗星（英语：C/2002 T7 (LINEAR)）和塔特尔彗星上水的D/H比大约是海水的两倍。[49][50][51][52]根据这种彗星D/H比，电脑模型预测地球上的水不到10%是由彗星所输送而来。[53]
其他周期较短的彗星（<20年）被称为木星家族彗星，可能起源于古柏带，但其轨道路径受到与木星或海王星引力相互作用的影响。[54]欧洲太空总署发射的太空探测器罗塞塔号对其中一颗楚留莫夫-格拉希门克彗星进行同位素测量，发现其D/H比是地球海水的三倍。[55]另一颗木星家族哈特雷二号彗星的D/H比与地球海水一致，但其氮同位素水平与地球的不匹配。[52][56]