中子和质子分别相同的就是同一种核素，同位素是质子相同，中子数不同的原子。
核素是指具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。同一种同位素的核性质不同的原子核，它们的质子数相同而中子数不同，结构方式不同，因而表现出不同的核性质。
例如，氢有1H、2H、3H 3种原子，就是3种核素，它们的原子核中分别有0、1、2个中子。这3种核素互称为同位素。 例如，原子核里有6个质子和6个中子的碳原子，质量数是12，称为碳-12核素，或写成12C核素。原子核里有6个质子和7个中子的碳原子，质量数为13，称13C核素。氧元素有16O，17O，18O三种核素。具有多种核素的元素称多核素元素。自然界仅有一种核素存在的元素称为单核素元素，如铍、氟、铝、钠等20种元素。质子数为偶数的元素，可有较多的稳定核素，一般不少于3种，而质子数为奇数的元素，通常只有一个稳定核素，一般不会多于两种，这是由核子的结合能所决定的。多核素元素中各核素互称同位素，因为它们处于周期表中同一位置上，化学性质基本相同，但核性质不同；单核素元素没有同位素。核素的质量即原子质量，总小于孤立质子、中子和电子的质量总和，在概念上也不等于质量数，在数值上除12C外均与质量数稍有不同。核素的质量是用质谱仪测定的，这种测定很先进，可测得7位或更多位有效数字。
具有相同质子数，不同中子数的同一元素的不同核素互为同位素(Isotope)。同位素是同一元素的不同原子，其原子具有相同数目的质子，但中子数目却不同。例如：氕、氘和氚，它们原子核中都有1个质子，但是它们的原子核中却分别有0个中子、1个中子及2个中子，所以它们互为同位素。其中，氕的相对原子质量为1.007947，氘的相对原子质量为2.274246，氚的相对原子质量为3.023548，氘几乎比氕重一倍，而氚则几乎比氕重二倍。