Gli isotopi di un elemento differiscono l'uno dall'altro nei loro numeri di massa e nel numero di neutroni che contengono. Tutti gli isotopi di un elemento, tuttavia, contengono lo stesso numero di protoni, che è uguale al numero atomico di quell'elemento. Il numero atomico, poiché non riflette il numero di neutroni in un atomo, non distingue tra gli isotopi di un dato elemento, che occuperanno tutti la stessa posizione nella tavola periodica.
Il numero totale di protoni e neutroni nel nucleo di un atomo è rappresentato dal suo numero di massa, e si differenzia dal numero atomico dell'elemento attraverso i suoi isotopi variabili. Ad esempio, il numero atomico di carbonio è 6, perché il suo nucleo contiene 6 protoni. Il carbonio ha anche una gamma di isotopi che includono un isotopo a 6 neutroni, 7-neutronici e 8-neutronici. Questi tre isotopi di carbonio sono chiamati carbonio-12, carbonio-13 e carbonio-14, rispettivamente. La massa atomica di ciascuno di questi isotopi è derivata aggiungendo il numero di neutroni in ciascun isotopo al numero di protoni. La massa atomica di carbonio-14, ad esempio, è 14, poiché 6 protoni più 8 neutroni equivalgono a una massa atomica di 14.
Il numero di neutroni in un isotopo ha un effetto maggiore sulle sue proprietà nucleari, ma le proprietà chimiche di un elemento mostrano solo lievi variazioni attraverso i suoi isotopi diversi. Un'eccezione è l'idrogeno, che può dimostrare differenze significative nei modi in cui i suoi isotopi si comportano in determinate reazioni biochimiche.
