在中子和質(zhì)子組成的原子核內(nèi),質(zhì)子數(shù)相同,中子數(shù)不同的這一類原子稱為同位素。會發(fā)生放射性衰變的同位素稱為放射性同位素。其核內(nèi)具有一定數(shù)目的中子和質(zhì)子以及特定能態(tài)的原子稱為素。例如,氫同位素有三種核素:H、H、H,元素符號的左上角標出原子質(zhì)量數(shù),它們分別被取名為氫、氘(音刀)、氚(音)。其中,H具有放射性,稱為放射性同位素。在自然界里,H、H同位素天然含量的原子數(shù)百分比分別為99.9852%、0.0148%,H幾乎為零。

同位素是同一元素的不同原子，其原子具有相同數(shù)目的質(zhì)子，但中子數(shù)目卻不同。例如：氕、氘和氚，它們原子核中都有1個質(zhì)子，但是它們的原子核中卻分別有0個中子、1個中子及2個中子，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(shù)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(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(shù)不同，從而其質(zhì)譜性質(zhì)、放射性轉(zhuǎn)變和物理性質(zhì)（例如在氣態(tài)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(zhì)量數(shù)（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。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、a粒子或中子轟擊穩(wěn)定的核而人為產(chǎn)生的。

同位素是具有相同原子序數(shù)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，化學行為幾乎相同，但原子量或質(zhì)量數(shù)不同，從而其質(zhì)譜行為、放射性轉(zhuǎn)變和物理性質(zhì)(例如在氣態(tài)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(zhì)量數(shù)（質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)），左下角注明質(zhì)子數(shù)。 例如碳14，一般用14C而不用C-14。

自然界中許多元素都有同位素。同位素有的是天然存在的，有的是人工制造的，有的有放射性，有的沒有放射性。同一元素的同位素雖然質(zhì)量數(shù)不同，但他們的化學性質(zhì)基本相同（如：化學反應和離子的形成），物理性質(zhì)有差異[主要表現(xiàn)在質(zhì)量上（如：熔點和沸點）]。自然界中，各種同位素的原子個數(shù)百分比一定。

同位素是指具有相同核電荷但不同原子質(zhì)量的原子（核素）。在19世紀末先發(fā)現(xiàn)了放射性同位素，隨后又發(fā)現(xiàn)了天然存在的穩(wěn)定同位素，并測定了同位素的豐度。大多數(shù)天然元素都存在幾種穩(wěn)定的同位素。同種元素的各種同位素質(zhì)量不同，但化學性質(zhì)幾乎相同。

自19世紀末發(fā)現(xiàn)了放射性以后，到20世紀初，人們發(fā)現(xiàn)的放射性元素已有30多種，而且證明，有些放射性元素雖然放射性顯著不同，但化學性質(zhì)卻完全一樣。  

核素是指具有一定數(shù)目質(zhì)子和一定數(shù)目中子的一種原子。很多元素有質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的幾種原子。例如，氫有1H、2H、3H 3種原子，就是3種核素，它們的原子核中分別有0、1、2個中子。這3種核素互稱為同位素。例如，原子核里有6個質(zhì)子和6個中子的碳原子，質(zhì)量數(shù)是12，稱為碳-12核素，或?qū)懗?2C核素。原子核里有6個質(zhì)子和7個中子的碳原子，質(zhì)量數(shù)為13，稱13C核素。氧元素有16O，17O，18O三種核素。具有多種核素的元素稱多核素元素。自然界僅有一種核素存在的元素稱為單核素元素，如鈹、氟、鋁、鈉等20種元素。

質(zhì)子數(shù)為偶數(shù)的元素，可有較多的穩(wěn)定核素，一般不少于3種，而質(zhì)子數(shù)為奇數(shù)的元素，通常只有一個穩(wěn)定核素，一般不會多于兩種，這是由核子的結(jié)合能所決定的。多核素元素中各核素互稱同位素，因為它們處于周期表中同一位置上，化學性質(zhì)基本相同，但核性質(zhì)不同；單核素元素沒有同位素。核素的質(zhì)量即原子質(zhì)量，總小于孤立質(zhì)子、中子和電子的質(zhì)量總和，在概念上也不等于質(zhì)量數(shù)，在數(shù)值上除12C外均與質(zhì)量數(shù)稍有不同。核素的質(zhì)量是用質(zhì)譜儀測定的，這種測定很先進，可測得7位或更多位有效數(shù)字。

核素概念最初是為了確切描述元素的原子量而引入的。最初的化學原子概念是元素原子，即同一種元素對應有同一種原子，因此某種元素的原子量被規(guī)定為該元素原子的相對質(zhì)量。同位素的發(fā)現(xiàn)揭示出元素并不是化學性質(zhì)和量完全相同的一類原子，同一種元素的原子其質(zhì)量可以不同，因而元素原子量所反映的是各種同位素原子質(zhì)量的平均值。原子物理學的研究進一步表明，原子的質(zhì)量主要是由構(gòu)成原子核的質(zhì)子和中子的數(shù)目決定的，而元素的化學性質(zhì)只同質(zhì)子數(shù)有關。

為了進一步區(qū)分元素的同位素，科學家們引進了同位素的質(zhì)量數(shù)，即質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和。從元素的化學性質(zhì)看，不同的同位素在元素周期表上處于同一位置,故稱“同位素”,而從原子核的角度看，同位素又是同一種元素的質(zhì)量不同的原子核，也稱為核素。這時，核素只不過是同位素的別稱。后來發(fā)現(xiàn)地球上天然存在的和人工制造的原子核都有“同核異能態(tài)”的現(xiàn)象，即具有相同質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的原子核所顯現(xiàn)出來的核性質(zhì)，如衰變方式、半衰期、能量等等可以不同。同核異能態(tài)是原子核層次的“同分異構(gòu)體”，“同分”是指相同數(shù)目的質(zhì)子和中子，“異構(gòu)”則表示它們構(gòu)成原子核的方式不同。但同位素概念不足以反映這種“同分異構(gòu)”現(xiàn)象。如果把核素概念定義為同一同位素的核性質(zhì)不同的原子核，就可以概括核的同分異構(gòu)現(xiàn)象。因此，核素也就成了表達核性質(zhì)的獨立概念。