Een isotoop is een vorm van een chemisch element waarvan de atoomkern een specifiek aantal neutron s bevat, naast het aantal proton s dat het element uniek definieert. De kernen van de meeste atomen s bevatten zowel neutronen als protonen. (Een uitzondering is de gewone vorm van waterstof, waarvan de kern uit een eenzaam proton bestaat). Elk chemisch element heeft meer dan één isotoop. Voor elk element komt één van de isotopen in de natuur meer voor dan de andere, hoewel vaak meerdere isotopen van één element worden gemengd.
De isotoop van een element wordt gedefinieerd door het nucleonnummer, dat de som is van het aantal protonen en het aantal neutronen in de atoomkern. Het nucleonnummer wordt gewoonlijk geschreven als superscript vóór het chemische symbool voor het element. Zo staat 16 O voor zuurstof-16, dat 8 protonen en 8 neutronen heeft, terwijl 12 C voor koolstof-12 staat, met 6 protonen en 6 neutronen. Dit zijn de meest voorkomende natuurlijk voorkomende isotopen van respectievelijk zuurstof en koolstof. Koolstof-14 komt in de natuur ook voor. Een atoom van koolstof-14 bevat 6 protonen en 8 neutronen en wordt aangeduid met 14 C. In de loop der tijd vervalt 14 C in 12 C.
Soms wordt de isotoop van een element aangeduid door het nucleonnummer na het chemische symbool te schrijven, en niet als superscript. Zo wordt koolstof-14 in sommige teksten aangeduid met C-14 of C14 in plaats van 14 C.
Zekere isotopen van elementen zijn instabiel en geven ioniserende straling af, ook bekend als radioactiviteit. Zo’n isotoop wordt een radio-isotoop genoemd. Koolstof-14 is een radio-isotoop van koolstof. In het geval van een element dat in al zijn bekende vormen radioactief is, zoals uranium (U), zijn bepaalde isotopen radioactiever dan andere, en/of geven ze verschillende verhoudingen van de verschillende soorten ioniserende straling af.