Dícese de los átomos que tienen en el núcleo el mismo número de protones (lo que se conoce como número atómico) pero distinto número de neutrones. Puesto que las propiedades químicas de un átomo vienen determinadas por el número de protones pero no por el de neutrones, dos isótopos tienen las mismas propiedades químicas a pesar de tener núcleos diferentes.

Por ejemplo, el hidrógeno normal tiene sólo un protón en el núcleo. Se le conoce por ese motivo como protio. Existe un isótopo del hidrógeno, el deuterio, que tiene además un neutrón. Por lo tanto, si tiene un protón y un neutrón su número másico (es decir, la suma del número de protones y neutrones) es 2, pero su número atómico sigue siendo 1. Hay otro isótopo del hidrógeno, el tritio, que tiene de número másico 3: posee dos neutrones y un protón.

En lo que sí se diferencian los distintos isótopos de un mismo elemento químico es en su comportamiento frente a los procesos nucleares, pudiendo ser alguno de ellos (como el tritio, o el carbono-14) inestables, es decir, radiactivos

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