Les isotopes d'un élément diffèrent les uns des autres par leur nombre de masse et le nombre de neutrons qu'ils contiennent. Tous les isotopes d'un élément, cependant, contiennent le même nombre de protons, qui est égal au numéro atomique de cet élément. Le numéro atomique, parce qu'il ne reflète pas le nombre de neutrons dans un atome, ne fait pas de distinction entre les isotopes d'un élément donné, qui occuperont tous la même position dans le tableau périodique.
Le nombre total de protons et de neutrons dans le noyau d'un atome est représenté par son nombre de masse, et il diffère du numéro atomique de l'élément à travers ses différents isotopes. Par exemple, le numéro atomique du carbone est 6, car son noyau contient 6 protons. Le carbone possède également une gamme d'isotopes qui comprennent un isotope à 6, 7 et 8 neutrons. Ces trois isotopes du carbone sont appelés respectivement carbone-12, carbone-13 et carbone-14. La masse atomique de chacun de ces isotopes est obtenue en ajoutant le nombre de neutrons dans chaque isotope au nombre de protons. La masse atomique du carbone-14, par exemple, est de 14, car 6 protons plus 8 neutrons équivalent à une masse atomique de 14.
Le nombre de neutrons dans un isotope a un effet majeur sur ses propriétés nucléaires, mais les propriétés chimiques d'un élément ne présentent que de légères variations entre ses différents isotopes. Une exception est l'hydrogène, qui peut démontrer des différences significatives dans la façon dont ses isotopes individuels se comportent dans certaines réactions biochimiques.
