За визначенням, ізотоп є різновидом атома (і ядра) одного хімічного елемента з різною кількістю нейтронів в ядрі. Назва «ізотоп» пов’язана з тим, що він знаходяться в одному і тому ж місці, у відповідній клітині таблиці Менделєєва.

Хімічні властивості атома залежать тільки від будови електронної оболонки, яка, в свою чергу, визначається в основному зарядом ядра - кількістю протонів в ядрі і майже не залежить від його масового числа - сумарного числа протонів і нейтронів.

Практично всі ізотопи одного елемента мають однаковий заряд ядра, відрізняючись лише числом нейтронів. Зазвичай ізотоп позначається символом відповідного хімічного елемента, до якого він належить, з додаванням верхнього лівого індексу, який означає масове число.

При дослідженні радіоактивних перетворень атомів важких елементів було отримано перший доказ того, що речовини, що мають однакову хімічну поведінку, можуть мати різні фізичні властивості. У 1906 - 1907 роках, в результаті експериментів з’ясувалося, що продукт радіоактивного розпаду урану - ионий і продукт радіоактивного розпаду торію - радіоторій, мають ті ж хімічні властивості, що і торій, але відрізняються від нього атомною масою і характеристиками радіоактивного розпаду. Пізніше було виявлено, що у всіх трьох порівнюваних продуктів однакові оптичні та рентгенівські спектри.

Речовини, різні за масою атомів і деяких фізичних властивостей, але ідентичні за хімічними властивостями, за пропозицією англійського вченого Федеріка Содді, яку він зробив 18 лютого 1913, стали називати терміном «ізотоп».