Nguyên tử
Tính chất > Tính chất hạt nhân

Theo định nghĩa, bất kỳ hai nguyên tử với cùng số proton trong hạt nhân thì thuộc về cùng một nguyên tố hóa học. Các nguyên tử có cùng số proton nhưng khác số neutron là những đồng vị khác nhau của cùng một nguyên tố. Ví dụ, mọi nguyên tử hydro chỉ chứa một proton, nhưng có đồng vị không chứa neutron (hydro-1, là dạng phổ biến nhất, hay còn gọi là proti), chứa một neutron (deuteri), hai neutron (triti) và nhiều hơn hai neutron. Các nguyên tố đã biết lập thành một tập nguyên tử số, từ nguyên tố chứa 1 proton hydro cho đến nguyên tố chứa 118 proton oganesson. Tất cả các đồng vị đã biết của nguyên tố có nguyên tử số lớn hơn 82 là đồng vị phóng xạ.
Các nhà vật lý hạt nhân biết khoảng 339 nuclit xuất hiện trong tự nhiên trên Trái Đất, trong số đó 254 (khoảng 75%) nuclit không có tính phân rã, và thường gọi là "đồng vị bền". Tuy nhiên, chỉ 90 trong số những nuclit này là ổn định đối với mọi phân rã, thậm chí ngay cả trên lý thuyết. Còn lại 164 (trong tổng số 254) thì người ta vẫn chưa quan sát thấy chúng phân rã, vì trên lý thuyết chúng có mức năng lượng hạt nhân cao. Và các nhà khoa học thường phân loại chúng một cách hình thức thuộc dạng "bền". Thêm khoảng 34 nuclit phóng xạ có nửa thời gian sống hơn 80 triệu năm, đủ lâu để có mặt từ lúc hình thành Hệ Mặt Trời. Tổng số 288 nuclit này gọi là các nuclit nguyên thủy. Cuối cùng, có thêm khoảng 51 nuclit với nửa thời gian sống ngắn mà các nhà khoa học biết chúng tồn tại trong tự nhiên, như là sản phẩm phân rã của các nuclit nguyên thủy (như radi từ urani), hoặc là những sản phẩm của các quá trình năng lượng cao trong tự nhiên trên Trái Đất, như do các tia vũ trụ bắn phá (ví dụ, cacbon-14).
Đối với 80 nguyên tố hóa học, mỗi nguyên tố có ít nhất một đồng vị bền tồn tại. Như một quy tắc, chỉ có một số nhất định đồng vị bền cho mỗi nguyên tố, trung bình khoảng 3,2 đồng vị bền trên một nguyên tố. 26 nguyên tố chỉ có duy nhất một đồng vị ổn định, trong khi nguyên tố có nhiều đồng vị bền nhất đã được xác nhận đó là thiếc với 10 đồng vị bền. Nguyên tố 43, 61, 83 và mọi nguyên tố có nguyên tử số cao hơn đều không có đồng vị bền.
Tính ổn định của đồng vị bị ảnh hưởng bởi tỉ số của proton trên neutron, và cũng bởi sự có mặt của những "số thần kỳ" xác định của neutron hay proton mà xuất hiện làm đầy hoặc gần với lớp vỏ lượng tử trong mô hình cấu trúc hạt nhân. Những vỏ lượng tử này tương ứng với tập mức năng lượng trong mô hình vỏ hạt nhân; những vỏ được lấp đầy, như vỏ lượng tử của thiếc chứa đầy 50 proton, lại được coi là có tính ổn định kỳ lạ đối với nuclit (hay số thần kỳ là 50). Trong 254 nuclit bền đã biết, chỉ có bốn nuclit bền chứa đồng thời số lẻ proton và số lẻ neutron: hydro-2 (deuteri), lithi-6, boron-10 và nitơ-14. Cũng vậy, chỉ có bốn nuclit xuất hiện trong tự nhiên với đồng thời số lẻ proton và neutron có nửa thời gian sống trên một tỷ năm: kali-40, vanadium-50, lanthanum-138 và tantalum-180m. Đa số các hạt nhân có đồng thời số lẻ proton và neutron đều mất ổn định và nhanh chóng phân rã beta, bởi vì sản phẩm phân rã chứa số chẵn đồng thời proton và neutron, và do vậy liên kết chặt với nhau hơn, do hiệu ứng bắt cặp hạt nhân (theo nguyên lý loại trừ Pauli, một proton có spin lên sẽ có xu hướng bắt cặp với một proton có spin xuống, và tương tự cho neutron, điều này dẫn đến xu hướng có đồng thời số chẵn cả proton và neutron trong hạt nhân).