世界上的一切物質(zhì)都是由帶正電的原子核和繞原子核旋轉的帶負電的電子構成的。原子核包括質(zhì)子和中子，質(zhì)子數決定了該原子屬于何種元素，原子的質(zhì)量數等于質(zhì)子數和中子數之和。如一個(gè)鈾-235原子是由原子核（由92個(gè)質(zhì)子和143個(gè)中子組成）和92個(gè)電子構成的。如果把原子看作是我們生活的地球，那么原子核就相當于一個(gè)乒乓球的大小。雖然原子核的體積很小，但在一定條件下它卻能釋放出驚人的能量。
質(zhì)子數相同而中子數不同或者說(shuō)原子序數相同而原子質(zhì)量數不同的一些原子被稱(chēng)為同位素，它們在化學(xué)元素周期表上占據同一個(gè)位置。簡(jiǎn)單的說(shuō)同位素就是指某個(gè)元素的各種原子，它們具有相同的化學(xué)性質(zhì)。按質(zhì)量不同通常可以分為重同位素和輕同位素。例如：氕、氘和氚，它們原子核中都有1個(gè)質(zhì)子，但是它們的原子核中卻分別有0個(gè)中子、1個(gè)中子及2個(gè)中子，所以它們互為同位素。其中，氕的相對原子質(zhì)量為1.007947，氘的相對原子質(zhì)量為2.274246，氚的相對原子質(zhì)量為3.023548，氘幾乎比氕重一倍，而氚則幾乎比氕重二倍。
同位素具有相同原子序數的同一化學(xué)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(xué)性質(zhì)幾乎相同（氕、氘和氚的性質(zhì)有些微差異），但原子質(zhì)量或質(zhì)量數不同，從而其質(zhì)譜性質(zhì)、放射性轉變和物理性質(zhì)（例如在氣態(tài)下的擴散本領(lǐng)）有所差異。同位素的表示是在該元素符號的左上角注明質(zhì)量數（例如碳-14，一般用14C來(lái)表示）。
在自然界中天然存在的同位素稱(chēng)為天然同位素，人工合成的同位素稱(chēng)為人造同位素。如果該同位素是有放射性的話(huà)，會(huì )被稱(chēng)為放射性同位素。每一種元素都有放射性同位素。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(zhì)子、阿爾法粒子或中子轟擊穩定的核而人為產(chǎn)生的。