Uniquement présents dans le noyau et dépourvus de charge électrique, les neutrons jouent un rôle négligeable pour ce qui concerne le reste de l'atome, en particulier les propriétés chimiques. Les physiciens appellent « isotopes » ces variantes jumelles d'un atome, dont le noyau diffère seulement par le nombre de neutrons.

Un exemple est celui de l'hydrogène et de ses deux isotopes, le deutérium et le tritium. Les cortèges électroniques sont réduits à un seul électron, car le noyau de l'hydrogène, du deutérium et de tritium n'ont qu'un seul proton. Les propriétés chimiques, la lumière qu'ils émettent et absorbent sont les mêmes. Par contre le deutérium est deux fois plus lourd que l'hydrogène (un neutron dans le noyau) et le tritium trois fois plus lourd (deux neutrons dans le noyau).

Les isotopes de l'élément carbone constituent un second exemple. Un atome de carbone normal est composé de 6 électrons. Son noyau comprend 12 nucléons, 6 protons et 6 neutrons. Le cortège électronique n'est pas perturbé par l'ajout ou le retrait de neutrons qui ne modifie pas la charge électrique du noyau. Les propriétés chimiques restent les mêmes. L'atome est plus lourd ou plus léger, mais demeure du carbone.

Variantes d'une même espèce chimique, les « isotopes » différent surtout par leurs propriétés nucléaires. Contrairement au cortège électronique et aux propriétés chimiques, l'ajout ou le retrait de neutrons a des effets sur le noyau. Il modifie son équilibre et conduit a des instabilités. Ainsi l'isotope 14 du carbone avec 8 neutrons, le Carbone-14, est radioactif. Cet isotope instable du carbone est produit dans l'atmosphère. Laprésence de carbone-14 est utilisée pour dater des vestiges anciens.

L'uranium est constitué de deux isotopes, l'uranium-235 et l'uranium-238. Le premier, présent seulement à raison de 0,7 %, utilisé dans les réacteurs nucléaires car il est fissile, alors que l'uranium-238 ne l'est pas.

Les isotopes radioactifs ont disparu à quelques exceptions près : quand leur durée de vie est très longue (cas de l'uranium), quand un mécanisme naturel les renouvelle (c'est le cas du carbone-14 et des descendants de l'uranium) ou encore quand l'homme en produit dans ses réacteurs ou accélérateurs.

Sujets voisins : Proton, Neutron, Etats d'énergie du noyau