Atomy o tej samej liczbie atomowej, ale o różnych masach atomowych nazywane są izotopami. Różnica w masie powstaje dzięki atomom zawierającym różną liczbę neutronów dla tej samej liczby protonów.
Tożsamość elementu jest określona przez liczbę protonów, które zawiera każde z jego jąder. Protony są naładowane dodatnio i trzymane razem na małej przestrzeni. Siła elektrostatyczna odpychania pomiędzy podobnymi ładunkami jest bardzo wysoka, ale są one w stanie pozostać stabilne z powodu obecności neutronów. Neutrony są neutralnymi cząstkami subatomowymi znajdującymi się w jądrze atomu. Protony i neutrony są najcięższymi cząstkami subatomowymi i stanowią całą masę atomową elementu.
Kiedy dwa atomy mają taką samą liczbę protonów, mówi się, że pochodzą z tego samego elementu. Jeśli jednak różnią się masą atomową, oznacza to, że liczba neutronów w jądrach jest różna dla obu atomów. Ponieważ liczba neutronów nie zmienia konfiguracji elektronowej atomów, dwa atomy mają te same właściwości chemiczne. Mają jednak różne właściwości fizyczne, takie jak temperatura wrzenia, temperatura topnienia i gęstość, ponieważ ich masy atomowe są różne.
Aby uwzględnić podobieństwa w właściwościach chemicznych, ale różnice w właściwościach fizycznych, dwa atomy tego samego pierwiastka nazywane są izotopami tego pierwiastka. Na przykład wodór ma dwa inne izotopy, deuter i tryt, spowodowane przez dodanie dodatkowych neutronów w jądrze bez zmiany liczby protonów lub elektronów.
