L’environnement et la physiologie déterminent les compositions isotopiques du Ca de l’organisme des vertébrés et des mammifères en particulier. Ces constats ont permis de dégager des applications possibles de l’étude des isotopes du Ca, en biologie médicale pour le suivi de l’équilibre osseux chez les mammifères et en (paléo-)écologie pour l’étude des régimes alimentaires actuels et passés des vertébrés. Ces applications sont tributaires d’une meilleure compréhension fondamentale des causes de ces variations. Cette thèse a pour but de déterminer les principales causes de variabilité des compositions isotopiques du Ca chez les mammifères et l’humain. Un protocole d’analyse en solution par MC-ICP-MS est d’abord présenté puis deux méthodes d’échantillonnage sont comparées afin de réaliser des mesures de résolution spatiale accrue dans les tissus minéralisés. L’influence des sources alimentaires de Ca est ensuite discutée. La composition isotopique de l’alimentation humaine est variable du fait des compositions diverses des sources primaires de Ca et dépend particulièrement des proportions de produits laitiers dans l’alimentation. Il est démontré que les transitions nutritionnelles précoces, comme le sevrage du lait maternel, peuvent être tracées par les compositions de l’émail des dents de lait humaines. Les mécanismes des fractionnements isotopiques sont discutés sur la base d’observations chez l’humain et l’animal. Un modèle mathématique permet de dégager des mécanismes expliquant la distribution des isotopes du Ca à travers les tissus et les fluides de l’organisme et met en lumière le rôle prépondérant du rein dans la détermination de la composition isotopique de l’os.