Los valores de isótopos estables pueden expresar el uso de recursos por parte de los organismos, pero su interpretación precisa se basa en un proceso de validación mediante experimentos controlados. Aquí, desarrollamos un enfoque de seguimiento de isótopos estables para explorar los cambios en los recursos en una especie clave de consumidores primarios. Utilizamos un experimento de cambio de dieta y ajuste de modelos para cuantificar las tasas de recambio de isótopos de carbono (C) y nitrógeno (N) y los factores de discriminación para ocho fuentes dietéticas de la especie de plancton que difieren en su organización celular (unicelular o filamentosa), composición de pigmentos y nutrientes (esteroles y ácidos grasos poliinsaturados), y tasas de producción de metabolitos secundarios. También realizamos un experimento de inanición. Evaluamos nueve modelos de recambio de tejidos utilizando el criterio de información de Akaike y estimamos los factores de discriminación trófica repetitivos. Usando las estimaciones de parámetros, calculamos las tasas de recambio de isótopos estables por hora. Informamos un valor de recambio excepcionalmente más rápido tras el cambio de dieta (72 a 96 h) y una variación medible en los factores de discriminación trófica. Los resultados muestran que el estrés tóxico y la cantidad y calidad de la dieta inducen variación en los isótopos tróficos en los individuos. Este estudio proporciona información sobre los procesos fisiológicos que sustentan los patrones de isótopos estables. Probamos explícitamente múltiples fuentes dietéticas alternativas y el ayuno y discutimos los parámetros que son fundamentales para los estudios de isótopos estables en campo y laboratorio.