兩種商品之間的替代程度可以由商品的邊際替代率來衡量。一種商品對另外一種商品的邊際替代率定義為：在效用滿足程度保持不變的條件下，消費者增加一單位一種商品的消費可以代替的另一種商品的消費數量，簡稱為邊際替代率。
它衡量的是，從無差異曲線上的一點轉移到另一點時，為保持滿足程度不變，兩種商品之間的替代比例。邊際替代率是一個點概念，即其在無差異曲線上的各點取值不同。在無差異曲線上任一點的邊際替代率等于該點上無差異曲線的斜率的絕對值。
邊際替代率取值為負，是因為要保證效用水平的不變，在增加一種商品X消費數量的同時，必須減少對另一種商品Y的消費數量。隨著對X消費數量的不斷增加，由于該商品所能帶來的邊際效用不斷減少，增加一單位的X商品所能替代的Y商品的數量不斷減少。也即消費者為了得到一個單位的X所愿意放棄的商品Y的數量不斷減少。這也就是邊際替代率遞減規律。
可以看出，邊際替代率遞減規律的存在是由于邊際效用遞減規律所致。這實質上也是典型的無差異曲線凸向原點的根本原因。然而需要說明的是，隨著商品性質地改變或者消費者偏好的特殊性，無差異曲線也不一定就凸向原點。