Gli isotopi dello stesso elemento hanno lo stesso numero di protoni ed elettroni quando sono in forma atomica neutra. Diversi isotopi hanno diversi numeri di neutroni nei loro nuclei, risultando in differenti pesi atomici per i diversi isotopi di un singolo elemento.
Il numero di protoni nel nucleo degli atomi di un elemento dà la massa atomica di questo elemento. La massa atomica è costante per tutti gli isotopi dell'elemento. Poiché la massa atomica determina il numero di elettroni che devono orbitare attorno al nucleo affinché l'atomo sia neutro, questa massa atomica determina il comportamento chimico dell'elemento, poiché tutta la chimica non nucleare risulta dalle interazioni delle nubi di elettroni degli atomi con una un altro. Ciò significa che tutti gli isotopi dello stesso elemento partecipano allo stesso modo nelle reazioni chimiche.
Una differenza nel comportamento degli isotopi si verifica quando i nuclei di alcuni isotopi sono instabili a causa di uno squilibrio nel numero di protoni ai neutroni nel nucleo. Ci dovrebbe essere all'incirca un neutrone per ogni protone affinché un nucleo atomico sia stabile. Poiché il numero di neutroni aumenta in modo sproporzionato rispetto al numero di protoni, il nucleo diventa instabile, eliminando questo peso di neutroni in eccesso sotto forma di particelle alfa e beta e radiazioni gamma.
