質子數相同而中子數不同的同一元素的不同核素互稱為同位素。
例如：氫有三種同位素，氕（H）、氘（D，重氫）、氚（T，超重氫）；碳有多種同位素，12C、13C和 14C（有放射性）等。
同位素元素圖
同位素具有相同原子序數的同一化學元素的兩種或多種原子之一，在元素周期表上占有同一位置，化學性質幾乎相同（氕、氘和氚的性質有些微差異），但原子質量或質量數不同，從而其質譜性質、放射性轉變和物理性質（例如在氣態下的擴散本領）有所差異。同位素的表示是在該元素符號的左上角注明質量數（例如碳-14，一般用14C來表示）。
在自然界中天然存在的同位素稱為天然同位素，人工合成的同位素稱為人造同位素。如果該同位素是有放射性的話，會被稱為放射性同位素。有些放射性同位素是自然界中存在的，有些則是用核粒子，如質子、α粒子或中子轟擊穩定的核而人為產生的。