Jabarkan 136Ce: >3,8×1016 tahun dari Serium

Semua isotop serium lainnya adalah sintetis dan radioaktif. Yang paling stabil adalah 144Ce dengan waktu paruh 284,9 hari, 139Ce dengan waktu paruh 137,6 hari, dan 141Ce dengan waktu paruh 32,5 hari. Semua isotop serium radioaktif lainnya memiliki waktu paruh di bawah empat hari, dan sebagian besar memiliki waktu paruh di bawah sepuluh menit. Isotop antara 140Ce dan 144Ce terjadi sebagai produk fisi uranium. Mode peluruhan utama isotop yang lebih ringan dari 140Ce adalah peluruhan beta terbalik atau penangkapan elektron menjadi isotop lantanum, sedangkan isotop yang lebih berat adalah peluruhan beta menjadi isotop praseodimium. Beberapa isotop neodimium dapat mengalami peluruhan alfa atau diperkirakan akan meluruh menjadi isotop serium.

Kelangkaan 136Ce dan 138Ce yang kaya proton dijelaskan oleh fakta bahwa mereka tidak dapat dibuat dalam proses nukleosintesis bintang yang paling umum untuk unsur-unsur setelah besi, proses-s (penangkapan neutron lambat) dan proses-r (penangkapan neutron cepat). Hal ini terjadi karena mereka dilewati oleh aliran reaksi proses-s, dan nuklida proses-r diblokir agar tidak meluruh menjadi nuklida stabil yang kaya neutron. Inti semacam itu disebut inti-p, dan asalnya masih belum dipahami dengan baik: beberapa spekulasi mengenai mekanisme pembentukannya meliputi penangkapan proton serta fotodisintegrasi. 140Ce adalah isotop serium yang paling umum, karena dapat diproduksi dalam proses s- dan -r, sedangkan 142Ce hanya dapat diproduksi dalam proses-r. Alasan lain untuk kelimpahan 140Ce adalah bahwa ia merupakan sebuah inti ajaib, memiliki kulit neutron tertutup (memiliki 82 neutron), sehingga memiliki penampang lintang yang sangat rendah menuju penangkapan neutron lebih lanjut. Meskipun nomor protonnya 58 bukanlah ajaib, ia diberikan stabilitas tambahan, karena delapan proton tambahannya melewati bilangan ajaib 50 dan melengkapi orbital proton 1g7/2 proton orbital. Kelimpahan isotop cerium mungkin sedikit berbeda dalam beberapa sumber alami, karena 138Ce dan 140Ce adalah produk dari radionuklida primordial berumur panjang 138La dan 144Nd, masing-masing.