A különböző neutronszámú, de azonos protonszámú atomokat az elem különböző izotópjainak nevezzük.

Az izotóp elnevezés arra utal, hogy a periódusos rendszer azonos helyén találhatók (a görög izosz = azonos, toposz = hely szóból).

Egy-egy elem izotópjai a természetben jellemző megoszlást mutatnak.

Egy elem különböző izotópjainak kémiai tulajdonságai nagyon hasonlók. A legnagyobb eltérés a hidrogén izotópjainál mutatkozik.

A hidrogénnél egy neutron beépülése a duplájára, a második már triplájára növeli az atom tömegét. Ez jelentősen befolyásolja a kémiai tulajdonságot is.

A dupla atomtömeg esetén a hidrogén atomok jóval nehézkesebbek, így a reakció hevességét jelentősen befolyásolja, hogy ¹H vagy ²H van-e a rendszerben. Ugyanez az ⁵⁶Fe és az ⁵⁷Fe között csak alig észlelhető különbséget okoz. Éppen ezért a hidrogén az egyetlen elem, ahol a különböző izotópokat gyakran különböző vegyjellel jelölik:
¹H hidrogén (a természetben a hidrogénatomok 99,98 %-a ilyen),
²H vagy ²D, azaz deutérium (a természetben a hidrogénatomok 0,014 %-a ilyen),
³H vagy ³T, azaz trícium (radioaktív, és a természetben a hidrogénatomok 0,000 000 000 1 %-a ilyen).

Egyes elemek radioaktív izotópjainak a gyakorlati életben fontos szerepe van. Például a radioaktív ¹⁴C izotóp segítségével lehet meghatározni a különböző őslénytani vagy archeológiai leletek korát. A jód radioaktív izotópjával kimutatható a pajzsmirigy megbetegedése. A radioaktivitást rosszindulatú daganatos betegségek gyógykezelésére, a daganat sejtjeinek elpusztítására is felhasználják.
A radioaktív sugárzás ugyanakkor nemcsak a beteg sejteket pusztítja. Az egészséges sejtekben olyan változást idézhet elő, amely a sejtek megváltozásához, például rák kialakulásához vezethet. A radioaktivitással foglalkozó embereknek ezért szigorú előírásokat kell betartaniuk ahhoz, hogy megelőzzék a sugárzás okozta megbetegedéseket.