Las medidas precisas de las masas atómicas conducen a un descubrimiento de gran importancia. Uno de los supuestos de Dalton era que todos los átomos de un elemento dado son idénticos. Sin embargo, al estudiar la mayoría de los elementos, se detectan átomos con masas algo distintas, aun en muestras químicamente puras. Por ejemplo en una muestra de neón puro, la mayoría de los átomos poseen una masa de 3,32 x 10-23 g, pero algunos de los átomos presentan una masa de 3,65 x 10-23 g y unos pocos átomos presentan una masa de 3,49 x 10-23 g. Los tres tipos de átomos tienen las propiedades químicas del neón y se denominan isótopos del neón, es decir, isótopos son átomos de un elemento con igual número atómico pero distinta masa atómica.
El nombre “isótopo” deriva del término griego que significa “mismo lugar”, quiere decir que aunque los átomos tienen distintas masas, pertenecen a un solo elemento que ocupa un único lugar en la tabla periódica.
Los neutrones contribuyen a la masa de un átomo, pero no influyen en el número de electrones necesarios para conseguir la neutralidad eléctrica. Por lo tanto, el distinto número de neutrones contenidos en los isótopos de un elemento hace que cambie la masa de dichos isótopos, pero no sus propiedades químicas. El número másico, A, de un átomo es el número total de nucleones (protones más neutrones) contenidos en su núcleo. Todos los isótopos de un elemento dado poseen el mismo número atómico, pero distinto número másico.
El nombre de un isótopo se obtiene escribiendo su número de masa detrás del nombre del elemento, por ejemplo: neón-20, neón-21, y neón-22. Su símbolo se obtiene escribiendo el número de masa como superíndice situado a la izquierda del símbolo químico, por ejemplo: 20Ne, 21Ne y 22Ne. El Hidrógeno tiene tres isótopos. El isótopo más común (1H) carece de neutrones, por lo que su núcleo está formado por un protón solitario. Los otros dos isótopos son menos comunes, pero dada su importancia les han sido otorgados nombres y símbolos especiales. Uno de estos isótopos (2H) se denomina deuterio (D) y el otro (3H) se denomina tritio (T). Un átomo de deuterio, con un núcleo formado por un protón enlazado fuertemente a un neutrón, es aproximadamente dos veces más pesado que un átomo ordinario de hidrógeno y combinado con oxígeno da lugar al “agua pesada”. El agua pesada, que se usa en algunos reactores nucleares, presenta una densidad de 1,11 g/mL a 20ºC, superior en 11% a la densidad del agua ordinaria.
