Os elementos têm um número definido de protões que determina o seu número atómico. Por exemplo, todos os átomos com oito protões são oxigénio. No entanto, o número de neutrões pode variar entre átomos do mesmo elemento. Essas variações de elementos, com o mesmo número de protões, mas números diferentes de neutrões, são chamadas de isótopos.

O número de massa é a soma de protões e neutrões. Assim, isótopos de um elemento têm o mesmo número atómico, mas números de massa diferentes. A massa atómica de um elemento, ou peso atómico, é uma média ponderada das massas dos isótopos do elemento. Diz-se que a média é ponderada porque reflete a abundância relativa dos diferentes isótopos na amostra. Por outras palavras, as massas dos isótopos mais comuns contribuem mais fortemente para a média.

Vários elementos existem como isótopos múltiplos na natureza, incluindo o carbono, potássio e urânio. Na tabela periódica, a massa atómica de um elemento reflete a abundância relativa dos seus isótopos que ocorrem naturalmente na Terra.

Os isótopos são frequentemente discutidos no contexto da radioatividade. Um elemento radioativo é essencialmente um elemento com um núcleo instável. A maioria dos elementos radioativos tem números atómicos de 84 ou mais. Outros elementos têm isótopos que não são radioativos e, na maioria dos casos, pelo menos um isótopo radioativo, um radioisótopo.

Para se tornarem mais estáveis, os radioisótopos libertam partículas subatómicas. No processo, conhecido como decaimento radioativo, eles emitem energia conhecida como radiação. O decaimento radioativo pode alterar o número de protões de um elemento, mudando efetivamente a sua identidade.

A radiação pode ser usada para ajudar a determinar a idade ou espessura de diferentes materiais. Na medicina, é aplicada para diagnosticar e rastrear condições médicas usando PET scanners, assim como para tratar o cancro.