Naturlig forekommende gadolinium består av 6 stabile isotoper: (2,18 %), (14,8 %), (20,47 %), (15,65 %), (24,84 %), (21,86 %),og 1 ustabil (og dermed radioaktiv) isotop: (0,2 %) med halveringstid 1,081 × 10 år. I tillegg er 29 kunstig fremstilte ustabile isotoper kjent. De mest stabile av disse er med halveringstid 1,792 × 10 år, med halveringstid 74,6 år, med halveringstid 240,4 døgn, med halveringstid 124 døgn, med halveringstid 48,27 døgn, med halveringstid 9,28 døgn, med halveringstid 38,06 timer. Alle de resterende isotopene har halveringstider kortere enn 1 døgn, og de fleste kortere enn 30 minutt.