Đồng vị tồn tại bởi vì hạt nhân nguyên tử của nhiều nguyên tố ổn định hoặc ổn định phần nào với số lượng neutron khác nhau trong chúng. Bởi vì danh tính của một nguyên tố chỉ được xác định bởi số proton và hóa học của nó. tính chất chỉ bằng số proton và electron của nó, các số lượng neutron khác nhau không làm thay đổi nguyên tố cũng như tính chất hóa học của nó. Tuy nhiên, nhiều đồng vị có tính phóng xạ và không ổn định, bị phân hủy theo thời gian.
Các đồng vị phóng xạ nổi tiếng nhất, cả về sự nguy hiểm vốn có của chúng và việc sử dụng chúng trong năng lượng hạt nhân và vũ khí hạt nhân. Các đồng vị này không ổn định, có nghĩa là theo thời gian, bất kỳ mẫu cụ thể nào của một đồng vị như vậy dần dần biến đổi thành một hoặc hai nguyên tố khác. Điều này có thể xảy ra do nguyên tử tách ra hoặc do một neutron trở thành proton hoặc một proton trở thành neutron. Tất cả các quá trình này liên quan đến việc giải phóng năng lượng hoặc các hạt năng lượng, và do đó là chất phóng xạ. Hầu hết các đồng vị phóng xạ không ổn định đến mức chúng không được tìm thấy trong tự nhiên, vì chúng phân hủy quá nhanh.
Theo các nguồn trên trang web của Đại học Oregon, trước năm 1906, người ta thường cho rằng khối lượng của một nguyên tố là không thể thiếu với danh tính của nó. Tuy nhiên, vào năm 1906 và 1907, một số nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng có những nguyên tố có khối lượng nguyên tử khác nhau nhưng tính chất hóa học giống hệt nhau. Đó là Frederick Soddy, vào năm 1913, người đầu tiên đặt ra thuật ngữ "đồng vị".
