Thorium har ingen stabile isotoper. Naturlig forekommende thorium består utelukkende av den ustabile (og dermed radioaktive) isotopen med halveringstid 1,405 × 10 år. I tillegg er 29 kunstig fremstilte isotoper kjent. De mest stabile av disse er med halveringstid 75 380 år, med halveringstid 7 340 år, med halveringstid 1,9116 år, med halveringstid 24,10 døgn, med halveringstid 18,72 døgn, og med halveringstid 25,52 timer. Alle de resterende isotopene har halveringstider kortere enn 1 time, og de fleste kortere enn 10 minutter.