לכל היסודות יש איזוטופ אחד או יותר, גרסאות גרעין שבהן מספר הפרוטונים, שהוא המספר האטומי, זהה, אבל מספר הנייטרונים משתנה, והתוצאה היא מסות אטומיות שונות. לדוגמה, ליסוד המימן יש שלושה איזוטופים מתקיימים בטבע. הצורה הנפוצה ביותר היא אטום המימן שאינו מכיל נייטרונים.השניה היא דאוטריום, המכילה נייטרון אחד. והשלישית היא טריטיום, המכילה שני נייטרונים. בעוד אטום מימן סטנדרטי ודאוטריום יציבים בתנאים טבעיים, איזוטופים רבים אחרים, כגון טריטיום, מתפרקים לחומרים אחרים על-ידי פליטת האנרגיה, והם ידועים כאיזוטופים רדיואקטיביים.אטום הטריטיום עובר התפרקות בטא. אחד משני הנייטרונים שלו הופך לפרוטון על-ידי פליטה של אלקטרון. התוצאה היא איזוטופ יציב יותר, לא רדיואקטיבי, מסוג הליום-3 המכיל שני פרוטונים ונייטרון אחד.ההתפרקות של איזוטופים רדיואקטיביים מתרחשת בקצב קבוע, ומהווה את הבסיס לתיארוך רדיומטרי, שיטה המשמשת לקביעת הגיל הגיאולוגי.