Svi su elementi izotopi. Iako svi atomi datog elementa imaju jednak atomski broj (broj protona), atomska težina (broj protona i neutrona zajedno) varira. Pojam "izotop" odnosi se na ovu varijaciju u atomskoj težini - dva atoma s jednakim brojem protona i različitim brojem neutrona dva su izotopa istog elementa.
Atomski broj
Protoni su pozitivno nabijene čestice u jezgri atoma. Atom u cjelini nosi neutralni naboj, pa je svaki pozitivno nabijeni proton uravnotežen negativno nabijenom česticom. Te negativne čestice - elektroni - kruže izvan jezgre. Orbitalna konfiguracija elektrona određuje kako će atom reagirati i vezati se za druge atome, dajući svakom elementu njegove specifične kemijske i fizičke karakteristike. Svaki element ima jedinstveni atomski broj otisnut iznad kemijske kratice na periodnom sustavu.
Atomska težina
Neutroni su subatomske čestice koje ne nose naboj, tako da broj neutrona u jezgri atoma ne utječe na broj elektrona ili njihovu orbitalnu konfiguraciju. Dva atoma s jednakim brojem protona i različitim brojem neutrona imat će ista fizikalna i kemijska svojstva, ali različitu atomsku težinu. Ova dva atoma su različiti izotopi istog elementa. Na primjer, najčešći izotop vodika je H-1, što znači da atom ima jedan proton i nema neutrone, ali postoje i izotopi H-2 i H-3, s jednim, odnosno dva neutrona. Periodni sustav daje prosječnu atomsku težinu elementa ispod kemijskog simbola elementa.
Radioaktivni izotopi
Teži izotopi atoma često su nestabilni i s vremenom će se razbiti u lakše izotope. Ovaj raspad atoma oslobađa energiju u obliku alfa, beta i gama zračenja. Na primjer, vodik-3 je radioaktivan i razgradit će se u vodik-2. Svi elementi imaju radioaktivne izotope koji se raspadaju različitim brzinama. Stopa propadanja mjeri se u poluvrijemeima - količini vremena potrebnog da polovica radioaktivnih izotopa u uzorku datog elementa propadne u lakše izotope. Poluvrijeme za vodik-3 je 12,32 godine.
Uporaba za radioaktivne izotope
Istraživači i medicinski radnici široko koriste radioaktivne izotope. Mjerenjem količine prirodnog radioaktivnog izotopa ugljika-14, arheolozi i paleontolozi mogu odrediti približnu starost fosila ili artefakta. Liječnici koriste izotope jod-131 i barij-137 radioaktivni tragači za otkrivanje srčanih problema, tumora mozga i drugih abnormalnosti, a kobalt-60 služi kao izvor zračenja za zaustavljanje razvoja kanceroznih tumora.