Сви елементи су изотопи. Иако сви атоми датог елемента имају исти атомски број (број протона), атомска тежина (број протона и неутрона заједно) варира. Термин „изотоп“ односи се на ову варијацију атомске тежине - два атома са истим бројем протона и различитим бројем неутрона су два изотопа истог елемента.
Атомски број
Протони су позитивно наелектрисане честице у језгру атома. Атом у целини носи неутрално наелектрисање, па је сваки позитивно наелектрисани протон уравнотежен негативно наелектрисаном честицом. Ове негативне честице - електрони - круже изван језгра. Орбитална конфигурација електрона одређује како ће атом реаговати и везати се за друге атоме, дајући сваком елементу његове специфичне хемијске и физичке карактеристике. Сваки елемент има јединствени атомски број одштампан изнад хемијске скраћенице на периодном систему.
Атомска маса
Неутрони су субатомске честице које не носе наелектрисање, тако да број неутрона у језгру атома не утиче на број електрона или њихову орбиталну конфигурацију. Два атома са истим бројем протона и различитим бројем неутрона имаће иста физичка и хемијска својства, али различиту атомску тежину. Ова два атома су различити изотопи истог елемента. На пример, најчешћи изотоп водоника је Х-1, што значи да атом има један протон и нема неутроне, али такође постоје изотопи Х-2 и Х-3, са једним, односно два неутрона. Периодни систем даје просечну атомску тежину елемента испод хемијског симбола елемента.
Радиоактивни изотопи
Тежи изотопи атома су често нестабилни и временом ће се разбити у лакше изотопе. Овај распад атома ослобађа енергију у облику алфа, бета и гама зрачења. На пример, водоник-3 је радиоактиван и распада се у водоник-2. Сви елементи имају радиоактивне изотопе који се распадају различитим брзинама. Брзина пропадања мери се у полувременима полувремена - времену потребном да се половина радиоактивних изотопа у узорку датог елемента распадне у лакше изотопе. Полуживот за водоник-3 је 12,32 године.
Употреба за радиоактивне изотопе
Истраживачи и медицински радници широко користе радиоактивне изотопе. Мерењем количине природног радиоактивног изотопа угљеника-14, археолози и палеонтолози могу утврдити приближну старост фосила или артефакта. Лекари користе изотопе јод-131 и баријум-137 као радиоактивни трагачи за откривање срчаних проблема, тумора мозга и других абнормалности, а кобалт-60 служи као извор зрачења за заустављање развоја канцерогених тумора.