在“化學大廈”——元素周期表的第一號房間裏，住著氫的三“兄弟”，它們都隻含有一個質子，所不同的是，老大帶有2個中子，叫氚，老二隻有1個中子，叫氘，老三沒有中子，“體重”最輕，通常叫氫，又叫氕。如果我們細心地檢查“化學大廈”的每個房間，可以發現其他元素都有類似的情況，化學家把這些含相同質子數不同中子數的元素互稱為同位素。
例如，第8號房間裏，住著氧的三個同位素“兄弟”，它們除了各自都帶有8個質子以外，老大帶有10個中子，老二帶有9個中子，老三帶有8個中子。其他“房間”裏，有的同位素很多，像錫有10個同位素。另外，有的同位素是安分守已的，叫做穩定同位素，如碳-12，碳-13；氯-35，氯-37。有的帶放射性，又是天生就有的，如鉀-40，鈾-235，鈾-238，稱為天然放射性同位素。還有一類是人造的，叫做人工放射性同位素，如镅、鐦、鐒等。
一種元素的幾個同位素兄弟，“體重”各不相同。如氫的三個同位兄弟，老大最重，有人叫它“超重氫”；老二次之，人稱“重氫”；老三最輕，叫“氫”。這是由於它們三個各自帶中子數目不一樣的緣故。其他元素的同位素也一樣，誰帶有中子數目多，誰就重些。
同位素兄弟之間，各有所長。氫的同位素老三，能燃燒，能同許多非金屬、金屬直接化合，是合成氨、氯化氫和有機合成中的氫化反應的原料。雖然氫很難液化，但液態的氫是高能燃料。老二氘與老三氕比起來，化學活潑性差些，但是人工加速氘原子核，就能使它參與許多核反應，這種反應能放出巨大的能量，所以氘是一種未來的能源。其他各種元素的許多同位素，都有一套特別的本領。特別是某些放射性同位素，能不斷地放出能量。科學家利用它們的這種特點，來為人類服務，或者防止對人類的危害。例如釙-238，是一種長壽命的動力源，用它作為心髒起搏器動力，可以用上十年。其他還有用來治病的同位素和用來診斷疾病的同位素等。
化學元素總共大約有2000多種同位素，假如讓這些同位素都工作，將給人類帶來無窮的好處。