Unsur kimia
Seluruh unsur memiliki isotop yang bersifat radioaktif (radioisotop), meskipun tidak semua radioisotop ini terjadi secara alami. Radioisotop umumnya meluruh menjadi unsur lain dengan memancarkan partikel alfa atau beta. Jika suatu unsur memiliki isotop yang tidak bersifat radioaktif, ini disebut sebagai isotop "stabil". Seluruh isotop stabil yang dikenal terjadi secara alami (lihat isotop primordial). Kebanyakan radioisotop yang tidak dijumpai di alam telah dijelaskan setelah dibuat secara artifisial. Unsur-unsur tertentu tidak memiliki isotop stabil dan "hanya" terdiri dari isotop radioaktif: secara spesifik, unsur tanpa isotop stabil adalah teknesium (nomor atom 43), prometium (nomor 61), dan seluruh unsur dengan nomor atom lebih dari 82.
Atom
Perkembangan pada spektrometri massa mengizinkan dilakukannya pengukuran massa atom secara tepat. Peralatan spektrometer ini menggunakan magnet untuk membelokkan trayektori berkas ion, dan banyaknya defleksi ditentukan dengan rasio massa atom terhadap muatannya. Kimiawan Francis William Aston menggunakan peralatan ini untuk menunjukkan bahwa isotop mempunyai massa yang berbeda. Perbedaan massa antar isotop ini berupa bilangan bulat, dan ia disebut sebagai kaidah bilangan bulat. Penjelasan pada perbedaan massa isotop ini berhasil dipecahkan setelah ditemukannya neutron, suatu partikel bermuatan netral dengan massa yang hampir sama dengan proton, yaitu oleh James Chadwick pada tahun 1932. Isotop kemudian dijelaskan sebagai unsur dengan jumlah proton yang sama, namun memiliki jumlah neutron yang berbeda dalam inti atom.