Proteínas, ou seus peptídeos, derivados de uma amostra experimental são marcados com um ou mais isótopos estáveis, misturados com uma amostra controle não marcada e em seguida digeridos proteoliticamente e analisados em espectrometria de massa.

A diferença na assinatura de massas entre uma amostra marcada e não marcada servirá para identificar os polipeptídeos marcados de seus controles cognatos.

A intensidade do sinal da espectrometria de massa das amostras de peptídeos diferencialmente marcados pode ser utilizada para determinar sua abundância relativa em cada uma das condições experimentais analisadas.

São exemplos de métodos de marcação isotópica a marcação metabólica estável, a adição de massa ou de isótopos por meio de reações químicas e a introdução de isotópos estáveis por meio de reações enzimáticas.

Uma grande limitação da proteômica quantitativa reside na impossibilidade de utilização de marcação multiplex, limitando as análises a um tipo de isótopo ou etiqueta molecular por vez, o que, por sua vez, limita a comparação a apenas duas condições experimentais.