В работе представлены результаты исследования изотопного состава кислорода и водорода вод и углерода водорастворенной углекислоты для нефтегазоносных отложений северных районов Западной сибири, охватывающих широкий стратиграфический диапазон - мезозой (от сеномана до байоса) и частично палеозой. Полученные значения δD и δ1¹⁸ - очень разнообразны, охватывают интервалы от -120‰ до -50‰ и от -17‰ до -2‰ соответственно. Такой разнообразный изотопный состав вод указывает на отсутствие унифицированного механизма накопления вод и их преобразование в ходе геологической эволюции Западно-сибирского осадочного бассейна. Главной чертой большинства изученных вод является выраженные значения изотопных кислородных сдвигов относительно GMWL (Global meteoric water line), в целом нарастающие с увеличением возраста водовмещающих отложений и достигающие 9‰, что указывает на их древнее седиментационное происхождение. Диапазоны вариации изотопного состава углерода растворенной в воде углекислоты (от -51,8‰ до +21,8‰) и его содержания в водах (от 0,2 до 38,6 ммоль/дм³) указывают на широкий спектр условий и процессов, участвующих в преобразовании водорастворенной углекислоты. Тем не менее, установлена общая закономерность изменения изотопного состава углерода CO₂ во времени. На основании полученных данных предложена модель преобразования изотопного состава углерода углекислоты в виде замкнутого цикла "атмосфера - почвы - глубокие водоносные горизонты", основанная на данных по изотопному составу водорастворенной углекислоты в водах нефтегазоносных отложений северных районов Западной сибири.