今までと同様に，以下の多段階反応を考える． \begin{align} \ce{E1 + S <=>[$k$_{+1}][$k$_{-1}] E2 <=>[$k$_{+2}][$k$_{-2}]}\;\cdots\;\ce{E_{l} <=>[$k$_{+l}][$k$_{-l}]E_{l+1}\;\cdots\;E_{n} ->[$k$_{+n}] E_{1} + P} \label{eq:general_scheme} \end{align} この中で，$l$ 番目の素過程が同位体効果を示す段階であるとし，同位体置換をした基質（中間体）についての値を $\ast$ を付けて区別すると， \begin{align} \frac{k_{\mathrm{cat}}/K_{\mathrm{m}}}{k_{\mathrm{cat}}^{\ast}K_{\mathrm{m}}^{\ast}}=\frac{{\displaystyle \frac{1}{k_{+1}}+\cdots+\frac{k_{-1}}{k_{+1}}\cdots\frac{k_{-(l-1)}}{k_{+(l-1)}}\frac{1}{k_{+l}^{\ast}}+\frac{k_{-1}}{k_{+1}}\cdots\frac{k_{-l}^{\ast}}{k_{+l}^{\ast}}\frac{1}{k_{+(l+1)}}+\cdots+\frac{k_{-1}}{k_{+1}}\frac{k_{-2}}{k_{+2}}\cdots\frac{k_{-(n-1)}}{k_{+(n-1)}}\frac{1}{k_{+n}}}}{{\displaystyle \frac{1}{k_{+1}}+\cdots+\frac{k_{-1}}{k_{+1}}\cdots\frac{k_{-(l-1)}}{k_{+(l-1)}}\frac{1}{k_{+l}}+\frac{k_{-1}}{k_{+1}}\cdots\frac{k_{-l}}{k_{+l}}\frac{1}{k_{+(l+1)}}+\cdots+\frac{k_{-1}}{k_{+1}}\frac{k_{-2}}{k_{+2}}\cdots\frac{k_{-(n-1)}}{k_{+(n-1)}}\frac{1}{k_{+n}}}} ． \end{align} 分母子に \begin{align} \frac{k_{+1}}{k_{-1}}\frac{k_{+2}}{k_{-2}}\cdots\frac{k_{+(l-1)}}{k_{-(l-1)}}k_{+l} \end{align} を掛けて整理すると， \begin{align} \frac{k_{\mathrm{cat}}/K_{\mathrm{m}}}{k_{\mathrm{cat}}^{\ast}/K_{\mathrm{m}}^{\ast}}&=\frac{\displaystyle c_{\mathrm{f}}+ \frac{k_{+l}}{k_{+l}^{\ast}}+\frac{k_{+l}}{k_{+l}^{\ast}}\frac{k_{-l}^{\ast}}{k_{-l}}c_{\mathrm{r}}}{c_{\mathrm{f}}+1+c_{\mathrm{r}}}\\ c_{\mathrm{f}}&=\frac{k_{+2}}{k_{-1}}\frac{k_{+3}}{k_{-2}}\cdots\frac{k_{+l}}{k_{-(l-1)}}+\cdots+\frac{k_{+(l-1)}}{k_{-(l-2)}}\frac{k_{+l}}{k_{-(l-1)}}+\frac{k_{+l}}{k_{-(l-1)}}\\ c_{\mathrm{r}}&=\frac{k_{-l}}{k_{+(l+1)}}+\frac{k_{-l}}{k_{+(l+1)}}\frac{k_{-(l+1)}}{k_{+(l+2)}}+\cdots+\frac{k_{-l}}{k_{+(l+1)}}\frac{k_{-(l+1)}}{k_{+(l+2)}}\cdots\frac{k_{-(n-1)}}{k_{+n}}． \end{align} 定常状態の速度論 2 での取り扱いと同様に，$l$ 番目の素過程の遷移状態の濃度 $[\ddagger\boldsymbol{l}]$ を用いると， \begin{align} \frac{c_{\mathrm{f}}}{[\ddagger\boldsymbol{l}]}&=\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{1}]}+\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{2}]}+\cdots+\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{(l-1)}]}\\ \frac{c_{\mathrm{r}}}{[\ddagger\boldsymbol{l}]}&=\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{(l+1)}]}+\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{(l+2)}]}+\cdots+\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{n}]} \end{align} であるから，式 (4) の分母子を $[\ddagger\boldsymbol{l}]$ で割ることで以下の式が得られる： \begin{align} \frac{k_{\mathrm{cat}}/K_{\mathrm{m}}}{k_{\mathrm{cat}}^{\ast}/K_{\mathrm{m}}^{\ast}}=\frac{{\displaystyle \frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{1}]}+\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{2}]}+\cdots+\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{(l-1)}]}+\frac{k_{+l}}{k_{+l}^{\ast}}\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{l}]}+\frac{k_{+l}}{k_{+l}^{\ast}}\frac{k_{-l}^{\ast}}{k_{-l}}\left(\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{(l+1)}]}+\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{(l+2)}]}+\cdots+\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{n}]}\right)}}{{\displaystyle \frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{1}]}+\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{2}]}+\cdots+\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{n}]}}} \end{align}
定常状態の速度論 2 で議論したように，遷移状態の濃度を使うことによってより直観的に理解することが可能になる．遷移状態のエネルギー準位が高いとその濃度が低くなるので，式 (9) の該当する項が大きくなる．例えば $\ddagger\boldsymbol{l}$ が突出して高いエネルギー準位を有していれば，分母子で $[\ddagger\boldsymbol{l}]$ を含む項だけが残り， \begin{align} \frac{k_{\mathrm{cat}}/K_{\mathrm{m}}}{k_{\mathrm{cat}}^{\ast}/K_{\mathrm{m}}^{\ast}}=\frac{k_{+l}}{k_{+l}^{\ast}} \end{align} となる．すなわち，同位体効果を示す段階の順方向の速度定数の同位体効果そのものが $k_{\mathrm{cat}}/K_{\mathrm{m}}$ の同位体効果として観測されることになる．また，別の例として $\ddagger\boldsymbol{m}$（$m < l$）が $\ddagger\boldsymbol{l}$ と同じだけ突出して高いエネルギー準位を有していれば，分母子で $[\ddagger\boldsymbol{l}]$ と $[\ddagger\boldsymbol{m}]$ を含む項だけが残り， \begin{align} \frac{k_{\mathrm{cat}}/K_{\mathrm{m}}}{k_{\mathrm{cat}}^{\ast}/K_{\mathrm{m}}^{\ast}}=\frac{{\displaystyle 1+\frac{k_{+l}}{k_{+l}^{\ast}}}}{2} \end{align} となる．すなわち，素過程の同位体効果が仮に 7 であったとしても，$k_{\mathrm{cat}}/K_{\mathrm{m}}$ の同位体効果は 4 として観測されることになる．このように $l$ 番目より前の素過程の遷移状態だけを注意すればよい場合は式 (8) より $c_{\mathrm{r}}=0$ であることから分かるように式 (4) は \begin{align} \frac{k_{\mathrm{cat}}/K_{\mathrm{m}}}{k_{\mathrm{cat}}^{\ast}/K_{\mathrm{m}}^{\ast}}&=\frac{\displaystyle c_{\mathrm{f}}+ \frac{k_{+l}}{k_{+l}^{\ast}}}{c_{\mathrm{f}}+1} \end{align} となり，素過程の同位体効果と $k_{\mathrm{cat}}/K_{\mathrm{m}}$ の同位体効果に明瞭な関係が存在する．
気を付けなければならないのは $l$ 番目より後の素過程の遷移状態の寄与が出てくるとき，すなわち $c_{\mathrm{r}}=0$ が成立しないときである．この場合は，式 (4) で $c_{\mathrm{r}}$ に掛かっている \begin{align} \frac{k_{+l}}{k_{+l}^{\ast}}\frac{k_{-l}^{\ast}}{k_{-l}} \end{align} の取り扱いが問題となる．これは $l$ 番目の素過程の平衡定数の同位体効果である．基質の反応に関わる水素を重水素に置換したもので同位体効果を観測することがよく行われるが，酵素活性部位に存在する塩基触媒による重水素のジュウテロンとしての引き抜きは可逆でないことが多い．モノプロティックな塩基であっても溶媒とのプロトン（ジュウテロン）の交換が速やかに起こるためである．このため，$k_{-l}$ は多くの場合同位体効果を示さない．その結果，式 (9) は \begin{align} \frac{k_{\mathrm{cat}}/K_{\mathrm{m}}}{k_{\mathrm{cat}}^{\ast}/K_{\mathrm{m}}^{\ast}}=\frac{{\displaystyle \frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{1}]}+\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{2}]}+\cdots+\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{(l-1)}]}+\frac{k_{+l}}{k_{+l}^{\ast}}\left(\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{l}]}+\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{(l+1)}]}+\cdots+\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{n}]}\right)}}{{\displaystyle \frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{1}]}+\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{2}]}+\cdots+\frac{1}{[\ddagger\boldsymbol{n}]}}} \end{align} となる．この式の重要な意味は， $l$ 番目以降のどの素過程であっても，その遷移状態のエネルギー準位が高ければ $k_{\mathrm{cat}}/K_{\mathrm{m}}$ の同位体効果が観測されるということである．より一般化して言えば，式 (13) の値が 1 でない限り（$l$ 番目の素過程の平衡定数が同位体効果を示す限り），$k_{\mathrm{cat}}/K_{\mathrm{m}}$ の同位体効果が観測されるからと言って，$\ddagger\boldsymbol{l}$ のエネルギー準位が高いと言うことができないことになる．