Isotopiailmiö tarkoittaa sitä, että atomin ytimissä esiintyy vaihtelua neutronilukumäärien suhteen. Perusmuodossa vetyatomi rakentuu yhden protonin muodostamasta ytimestä ja sitä kiertävästä elektronista.

Ytimessä voi kuitenkin protonin lisäksi olla yksi tai kaksi kappaletta neutroneita. Neutronit ovat varauksettomia, joten ne eivät vaikuta elektronien lukumäärään, eivätkä atomin kemiallisiin ominaisuuksiin.

Vedyn raskaammilla isotoopeilla on omat vakiintuneet nimensä. Ydintä, jossa on yksi neutroni, nimitetään deuteriumiksi, ja vastaavasti ydintä, jossa on kaksi neutronia, tritiumiksi. Deuterium ja tritium voivat muodostaa vesimolekyylin samalla tavoin kuin vetyatomikin. Deuteriumista muodostuvaa vettä nimitetään raskaaksi vedeksi ja tritiumista muodostuvaa vettä superraskaaksi vedeksi. Raskas vesi ei ylläpidä elämää yhtä hyvin kuin tavallinen vesi: esimerkiksi kasvit ja pieneliöt menehtyvät, jos niitä kastellaan raskaalla vedellä.





Tällaisia atomeja, joissa on yhtä monta protonia mutta eri määrä neutroneja sanotaan toistensa isotoopeiksi. Atomin ytimessä olevien protonien lukumäärän määrää sen, mistä alkuaineesta on kyse, ja neutronien lukumäärä sen, mistä alkuaineen isotoopista on kyse. Esimerkiksi hiiliatomin ydin rakentuu kuudesta positiivisesti varautuneesta protonista ja 5–9 varauksettomasta neutronista.

Neutroneja tarvitaan tasapainottamaan ytimen rakennetta. Hiilelle yleisin ja pysyvin muoto on se, jossa on kuusi protonia ja kuusi neutronia. Myös kuuden protonin ja seitsemän neutronin rakenne on pysyvä. Muut rakenteet (viisi, kahdeksan ja yhdeksän neutronia) ovat pysymättömiä. Ne hajoavat ajan mittaan pysyvimmiksi muodoiksi. Sitä nimitetään radioaktiiviseksi hajoamiseksi, ja sitä käytetään hyväksi aineen iänmäärityksessä ja energiantuotannossa.