Om onderscheid te kunnen maken tussen atomen die tot het zelfde chemisch element behoren (en dus per definitie hetzelfde aantal protonen hebben), maar die een verschillend aantal neutronen hebben, spreekt men voor elke unieke combinatie van een gegeven aantal protonen met bepaald aantal neutronen van een ísotoop van het element dat bij het aantal protonen hoort.
De term is een samentrekking van twee Griekse woorden: iso = gelijk, en topos = plaats. Hiermee wordt benadrukt dat verschillende isotopen van hetzelfde element dezelfde plaats innemen in het Periodiek Systeem.
De massa van het atoom wordt vrijwel geheel door de som van het aantal nucleonen (protonen plus neutronen) bepaald. Dit aantal wordt weergeven in het massagetal. Verschillende isotopen van het zelfde element hebben dus altijd een verschillende massagetal, men spreekt ook wel van atoommassa.
Van veel elementen komt in de natuur een mengsel van isotopen voor. Het element chloor bijvoorbeeld heeft atoomnummer 17. Alle chloor atomen hebben dus 17 protonen in de kern, maar er zijn twee isotopen. Driekwart van de atomen hebben 18 neutronen, de rest 20 neutronen. Het massagetal is dus ofwel 17+18=35 ofwel 17+20=37. De isotopen worden geschreven als 35Cl en 37Cl. Met deze notatievorm is het niet nodig het aantal protonen en neutronen apart te vermelden, immers het symbool Cl staat in het Periodieke Systeem op de 17e plaats en heeft dus per definitie 17 protonen, daarmee is de rekensom naar aantal neutronen in een isotoop altijd in omgekeerde richting te maken.
De chemische eigenschappen van isotopen van een element zijn bij benadering gelijk aan elkaar; slechts bij zeer nauwkeurige meting blijken er toch wel wat verschillen te zijn, dit heet het kinetisch isotoop effect. Vooral bij lichte elementen kunnen de chemische en meer nog de natuurkundige eigenschappen wel wat verschillen: zo is bij voorbeeld het smeltpunt van ijs van zwaar water (D2O) ongeveer 4°C in plaats van 0°C. Ook kan aan de verhouding van de koolstofisotopen 12C en 13C van een plant worden gezien van welke vorm van fotosynthese de plant gebruik maakt. De hoeveelheid 14C (een radio-isotoop van koolstof) wordt weer gebruikt om de ouderdom van koolstofbevattende organische resten te schatten tot enige tienduizenden jaren in het verleden. (zie koolstofdatering)
Belangrijker is dat vele isotopen niet stabiel zijn, maar uiteenvallen door een proces van radioactief verval. Zo'n isotoop wordt een radioisotoop genoemd.
De verhouding waarin isotopen voorkomen in een monster kan heel nauwkeurig worden bepaald met behulp van massaspectrometrie.
