在“化学大厦”——元素周期表的第一号房间里，住着氢的三“兄弟”，它们都只含有一个质子，所不同的是，老大带有2个中子，叫氚，老二只有1个中子，叫氘，老三没有中子，“体重”最轻，通常叫氢，又叫氕。如果我们细心地检查“化学大厦”的每个房间，可以发现其他元素都有类似的情况，化学家把这些含相同质子数不同中子数的元素互称为同位素。
例如，第8号房间里，住着氧的三个同位素“兄弟”，它们除了各自都带有8个质子以外，老大带有10个中子，老二带有9个中子，老三带有8个中子。其他“房间”里，有的同位素很多，像锡有10个同位素。另外，有的同位素是安分守已的，叫做稳定同位素，如碳-12，碳-13；氯-35，氯-37。有的带放射性，又是天生就有的，如钾-40，铀-235，铀-238，称为天然放射性同位素。还有一类是人造的，叫做人工放射性同位素，如镅、锎、铹等。
一种元素的几个同位素兄弟，“体重”各不相同。如氢的三个同位兄弟，老大最重，有人叫它“超重氢”；老二次之，人称“重氢”；老三最轻，叫“氢”。这是由于它们三个各自带中子数目不一样的缘故。其他元素的同位素也一样，谁带有中子数目多，谁就重些。
同位素兄弟之间，各有所长。氢的同位素老三，能燃烧，能同许多非金属、金属直接化合，是合成氨、氯化氢和有机合成中的氢化反应的原料。虽然氢很难液化，但液态的氢是高能燃料。老二氘与老三氕比起来，化学活泼性差些，但是人工加速氘原子核，就能使它参与许多核反应，这种反应能放出巨大的能量，所以氘是一种未来的能源。其他各种元素的许多同位素，都有一套特别的本领。特别是某些放射性同位素，能不断地放出能量。科学家利用它们的这种特点，来为人类服务，或者防止对人类的危害。例如钋-238，是一种长寿命的动力源，用它作为心脏起搏器动力，可以用上十年。其他还有用来治病的同位素和用来诊断疾病的同位素等。
化学元素总共大约有2000多种同位素，假如让这些同位素都工作，将给人类带来无穷的好处。