Im Laufe ihrer Geschichte durchlaufen Gesteine jedoch häufig Transformationsprozesse (wie z.B teilweises Aufschmelzen, Hoch-Temperatur- und/oder Hoch-Druck-Umwandlungen bzw. Überprägungen durch Lösungen und bei niedrigen Temperaturen). All diese Prozesse hinterlassen Spuren in der element- und isotopengeochemischen Zusammensetzung der Gesteine und Minerale, so dass geochemische und isotopengeologische Methoden zur Rekonstruktion der Gesteins- und Mineral-Geschichte eingesetzt werden.

Eine der wichtigsten Methoden der "Geochemie und Isotopengeologie" in Freiberg ist die Altersbestimmung von Gesteinen (Geochronologie). Die angewandte Datierungs-Methode (CA-ID-TIMS) ermöglicht eine ca. 10-fach höhere Präzision im Vergleich zu anderen Datierungsmethoden. Damit ist es möglich, den Ablauf von geologischen Prozesses zu rekonstruieren, die in relativ kurzer Abfolge hintereinander stattgefunden haben. Andererseits können weltweit Prozesse korreliert werden, die zur gleichen Zeit abgelaufen sind.

Neben der Daterung werden Isotopenverhältnisse (z.B. Sr, Nd, Pb) an Mineralen bestimmt, die als Fingerabdruck für bestimmte Prozesse bzw. als Herkunftsidentifizierung benutzt werden können. Diese Methoden unterscheiden zwischen Gesteinen, die in der Tiefe (im Erdmantel) oder näher an der Oberfläche (in der Erdkruste) gebildet wurden, werden aber auch zur Rekonstruktion für Migration und Mischung eingesetzt (z.B. in der Archäologie, aber auch in der Hydrogeologie). Elementgeochemische Prozesse werden untersucht, um Anreicherungsprozesse von Metallen zu verstehen, die letztendlich zur Bildung von Erzen führen.