تحتوي العناصر على عدد معين من البروتونات التي تحدد رقمها الذري. على سبيل المثال ، جميع الذرات مع ثمانية بروتونات هي أكسجين. و مع ذلك ، يمكن أن يختلف عدد النيوترونات لذرة من نفس العنصر. اختلافات العناصر ، التي لها نفس العدد من البروتونات و لكن أعداد مختلفة من النيوترونات ، تسمى النظائر.

عدد الكتلة هو مجموع البروتونات و النيوترونات. و بالتالي ، فإن نظائر العنصر لها نفس العدد الذري ، و لكن أعداد كتلة مختلفة. الكتلة الذرية للعنصر ، أو الوزن الذري ، هو متوسط مرجح من كتل نظائر العنصر. و يقال إن المتوسط مرجح لأنه يعكس الوفرة النسبية للنظائر المختلفة في العينة. و بعبارة أخرى ، فإن الكتل من النظائر الأكثر شيوعا تسهم بقوة أكبر في المتوسط.

وتوجد عدة عناصر كنظائر متعددة في الطبيعة ، بما في ذلك الكربون و البوتاسيوم و اليورانيوم. في الجدول الدوري ، تعكس الكتلة الذرية لعنصر ما الوفرة النسبية لنظائرها الطبيعية على الأرض.

وكثيرا ما تُناقش النظائر في سياق النشاط الإشعاعي. العنصر المشع هو في الأساس عنصر مع نواة غير مستقرة. معظم العناصر المشعة لديها أرقام ذرية من ٨٤ أو أكثر. و توجد في العناصر الأخرى نظائر غير مشعة ، و في معظم الحالات ، نظير مشع نشط واحد على الأقل ، و هو النظير المشع.

تطلق النظائر المشعة الجسيمات دون_الذرية ، لتصبح أكثر استقرارا. في هذه العملية ، المعروفة باسم الاضمحلال المشع ، فإنها تنبعث منها الطاقة المعروفة بالإشعاع. يمكن للاضمحلال المشع أن يغير عدد البروتونات في العنصر ، مما يغير هويته بشكل فعال.

يمكن استخدام الإشعاع للمساعدة في تحديد عمر أو سمك مواد مختلفة. في الطب ، يتم تطبيقه لتشخيص و تتبع الحالات الطبية باستخدام الماسحات الضوئية PET (التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني) ، و كذلك لعلاج السرطان.