Naturlig forekommende neodym består av 7 isotoper. Av disse er 5 stabile: (27,2 %), (12,2 %), (8,3 %), (17,2 %) og (5,7 %), og 2 ustabile (og dermed radioaktive) isotoper: (23,8 %) med halveringstid 2,29 × 10 år og (5,6 %) med halveringstid 6,6 × 10 år. I i tillegg er 31 kunstig fremstilte ustabile isotoper kjent. De mest stabile av disse er med halveringstid 10,98 døgn og med halveringstid 3,37 døgn. Alle de resterende isotopene har halveringstider kortere enn 1 døgn, og de fleste kortere enn 1 time.