Promethium har ingen stabile isotoper. Isotopen med halveringstid 2,6234 år og med halveringstid 363 døgn forekommer i ekstremt små mengder som fisjonsprodukter i uranmalm, men mengdene er så små at det er vanskelig å fastslå noen prosentvis fordeling. I tillegg er 35 kunstig fremstilte isotoper kjent. De mest stabile av disse er med halveringstid 17,7 år, med halveringstid 5,53 år, med halveringstid 265 døgn, med halveringstid 41,29 døgn, og med halveringstid 5,370 døgn. Alle de resterende isotopene har halveringstider kortere enn 1 døgn, og de fleste kortere enn 1 time.