Naturlig forekommende samarium består av syv forskjellige isotoper, hvorav fire er stabile: (3,1 %), (7,4 %), (26,7 %) og (22,7 %), og tre er ustabile: (halveringstid 1,06 · 10 år, 15,0 %), (halveringstid 7 · 10 år, 11,3 %) og (halveringstid 2 · 10 år, 13,8 %). I tillegg finnes 23 kjente kunstig fremstilte ustabile isotoper hvor har lengst halveringstid med 1,03 · 10 år. har halveringstid på 90 år, og har halveringstid på 340 dager. De andre isotopene har alle halveringstider under 1 døgn, og de fleste under 1 time.