原子核內有質子和中子，質子數決定了元素的種類，同一種元素的原子核內的中子數不一定相同，具有不同中子數的元素互為同位素。

比如碳-12和碳-14，碳-12的原子核中有6個質子和6箇中子，而碳-14則有6個質子和8箇中子。

核素是同一種元素因為中子數不同而形成的不同原子，比如氫有三種核素，同位素是同一種元素的不同核素間的互稱，比如氫的三種核素彼此之間互稱為同位素。核素和同位素都指的是原子

揭示元素新奧秘的同位素

19世紀末，隨著越來越多的放射性“新”元素被發現，在由門捷列夫等人制定的元素週期表中，已經沒有足夠的空位容納它們了。是否它們不屬於週期表的範圍呢?當然不是的。1910年同位素被發現，無疑使元素週期表的範圍擴大了許多，使人類認識並可以利用的化學元素的實際數量增加了很多倍。同位素的發現，被認為是20世紀自然科學的重要成果之一。

1910年，科學家約翰·湯姆遜發現，帶電氣體原子(離子)受電場或磁場影響發生偏轉時，能夠對它們的質量加以測定。在同一個正電荷的作用下，較輕的原子比較重的原子更大地偏離它們的軌道，正如從旁邊刮來的風，把乒乓球吹離軌道的距離比同樣體積但更重一些的橡皮球更遠一些。湯姆遜採用這個辦法能比以往更加精確地測定不同元素的原子量。

湯姆遜讓偏轉的氣體離子(帶正電的氣體原子)落在照相底片上。在洗印底片時，他發現離子觸及的地方有一道黑線。當他開始測定惰性氣體氖的原子量時——照以往方式計算，其原子量是20.2。而這次發現底片上有兩道黑線。第一道表明原子量是20，第二道表明原子量是22。這是一個驚人的發現：以往人們總認為同一個元素的所有原子是完全相同的，現在看來，氖元素是由兩種原子構成的，它們被確定具有相同的化學效能，但是重量不等，因此具有不同的原子量。這就是同位素。

後來，英國放射化學家、牛津大學教授索迪根據以上實驗事實，提出了以下假設：“存在有原子量和放射性不同但物理和化學性質完全相同的化學元素的變種，這些變種應該處於元素週期表的同一個位置上，因此把它們命名為同位素(指同一個位置)。”同位素的發現，使元素週期表的範圍擴大了許多，使人類認識並可以利用的化學元素的實際數量增加了很多倍。因此，同位素的發現被認為是20世紀自然科學的重要成果之一。索迪也因此而獲得了1921年諾貝爾化學獎。

過了一年之後，隨著更多的放射性同位素的出現，索迪進一步指出：“一種化學元素有兩種或兩種以上的同位素變種的存在可能是普遍現象，也就是說，非放射性元素也會有幾種穩定的同位素。但是，要識別穩定同位素，就需要找到一種能將質量不同的同位素彼此分離並分別稱量的方法。”

1919年，索迪提出的難題由英國物理學家、劍橋大學教授阿斯頓解決了。他設計了一臺質譜儀。

阿斯頓利用質譜儀研究同位素，發現氖、氬、氪、氯等元素都有同位素存在。隨後，他又在71種元素中發現了202種同位素。同位素用途很廣，大致可分為兩類：一類是利用其輻射、核磁矩等核性質，一類是基於同一元素所有同位素化學性質相同這一事實。因此，阿斯頓被世人稱為“同位素獵手”。