Gli atomi dei vari elementi chimici differiscono fra loro per il numero di protoni posseduti dal nucleo (un atomo di idrogeno ha 1 protone, uno di elio ne ha 2, uno di litio 3, e così via), ma i nuclei possiedono anche neutroni, e il numero di queste particelle nucleari presenta, entro certi limiti, una variabilità: si dicono isotopi due atomi dello stesso elemento che differiscono per il numero di neutroni (l'elio-3 e l'elio-4 possiedono entrambi 2 protoni, ma il primo ha 1 neutrone, mentre il secondo ne ha 2). Eccessi o diffetti di neutroni possono provocare instabilità nei nuclei, e sono causa delle emissioni radioattive. Gli isotopi radioattivi sono detti radionuclidi.