Il cesio ha almeno 39 isotopi noti, più di qualunque altro elemento a parte il francio; le loro masse atomiche vanno da 112 a . Nonostante il gran numero di isotopi del cesio, solamente uno è stabile, il 133Cs. Tutti gli altri, a parte quelli riportati qui, hanno emivite che variano da decine di anni a frazioni di secondo. Il cesio-137 è prodotto dalla detonazione di armi nucleari e dal processo di fissione nei reattori delle centrali nucleari: una notevole quantità fu rilasciata in atmosfera nell'esplosione di Černobyl' del 1986. A partire dal 1954, con l'inizio dei test nucleari, il 137Cs è stato rilasciato nell'atmosfera terrestre per poi essere portato al suolo dalle precipitazioni e nelle acque di superficie, l'isotopo viene rimosso per ruscellamento e trasporto particellare, quindi la funzione di ingresso di questo isotopo può essere stimata come una funzione del tempo. Il 137Cs ha una emivita di circa 30 anni.