定義
具有相同質子數，不同中子數（或不同質量數）同一元素的不同核素互為同位素。這裡的原子是廣義的概念，指微觀粒子。例如氫有三種同位素，H氕、D氘（又叫重氫）、T氚（又叫超重氫）；碳有多種同位素，例如12C（12為上标，下同）、14C等。在19世紀末先發現了放射性同位素，随後又發現了天然存在的穩定同位素，并測定了同位素的豐度。大多數天然元素都存在幾種穩定的同位素。同種元素的各種同位素質量不同，但化學性質幾乎相同。
許多同位素有重要的用途，例如：12C是作為确定原子量标準的原子；兩種H原子是制造氫彈的材料；U是制造原子彈的材料和核反應堆的原料。同位素示蹤法廣泛應用于科學研究、工農業生産和醫療技術方面，例如用O标記化合物确證了酯化反應的曆程，用于甲狀腺吸碘機能的實驗等。
發現意義
同位素的發現，使人們對原子結構的認識更深一步。這不僅使元素概念有了新的含義，而且使相對原子質量的基準也發生了重大的變革，再一次證明了決定元素化學性質的是質子數（核電荷數），而不是原子質量數。提出原子核的中子一質子理論以後，才進一步弄清，同位素就是一種元素存在着質子數相同而中子數不同的幾種原子。
由于質子數相同，所以它們的核電荷和核外電子數都是相同的（質子數=核電荷數=核外電子數），并具有相同電子層結構。因此，同位素的化學性質是相同的，但由于它們的中子數不同，這就造成了各原子質量會有所不同，涉及原子核的某些物理性質（如放射性等），也有所不同。一般來說，質子數為偶數的元素，可有較多的穩定同位素，而且通常不少于3個，而質子數為奇數的元素，一般隻有一個穩定核素，其穩定同位素從不會多于兩個，這是由核子的結合能所決定的。
