Aynı atom numarasına sahip ancak farklı atom kütlelerine sahip atomlara izotop denir. Kütle farkları, aynı sayıda proton için farklı sayıda nötron içeren atomlardan kaynaklanmaktadır.
Bir öğenin kimliği, her bir çekirdeğinin içerdiği proton sayısı ile belirlenir. Protonlar pozitif olarak yüklenir ve küçük bir alanda bir arada tutulur. Benzeri yükler arasındaki elektrostatik itme kuvveti çok yüksektir, ancak nötronların varlığı nedeniyle sabit kalabilirler. Nötronlar, bir atomun çekirdeğinde bulunan nötr subatomik parçacıklardır. Protonlar ve nötronlar en ağır atom altı parçacıklardır ve bir elementin bütün atom kütlesini oluşturur.
İki atom aynı sayıda protona sahip olduğunda, aynı elementten oldukları söylenir. Bununla birlikte, eğer atom kütlelerinde farklılaşırlarsa, çekirdeklerdeki nötron sayısının iki atom için farklı olduğu anlamına gelir. Nötronların sayısı atomların elektron konfigürasyonunu değiştirmediğinden, iki atom aynı kimyasal özelliklere sahiptir. Ancak, kaynama noktası, erime noktası ve yoğunluk gibi farklı fiziksel özelliklere sahiptir, çünkü atom kütleleri farklıdır.
Kimyasal özelliklerdeki benzerlikleri hesaba katmak, ancak fiziksel özelliklerdeki farklılıkları hesaba katmak için, aynı elementin iki atomuna o elementin izotopları denir. Örneğin, hidrojen, proton veya elektron sayısında bir değişiklik yapmadan çekirdeğe fazladan nötron eklenmesinin neden olduğu döteryum ve trityum olmak üzere iki izotopa sahiptir.
