Una din doua sau mai multe specii de atomi, avand acelasi numar atomic, constituind acelasi element, dar care difera prin numarul de masa. Numarul atomic este echivalent cu numarul de protoni din nucleu, iar numarul de masa este suma protonilor si neutronilor din nucleu, izotopii aceluiasi element diferind unul de altul prin numarul de neutroni din nucleu. Experimentele de la începutul secolului XX indicau faptul ca substanţele chimice care nu puteau fi separate chimic difera una de cealalta numai prin structura nucleului. Fizicianul englez Sir Joseph Thomson a demonstrat în anul 1912 existenţa izotopilor stabili transmiţand neon printr-un tub descarcat si deviind ionii de neon prin campuri magnetice si electrice; acest lucru a demonstrat faptul ca elementul stabil neon exista în mai multe forme. Thomson a descoperit doi izotopi de neon: unul cu numarul de masa 20, iar altul cu numarul de masa 22.

Experimentele de mai tarziu arata ca neonul în stare naturala este alcatuit în proporţie de 90% din neon-20 (izotopul cu masa 20), 9.73% din neon-22 si 0.27% din neon-21. Cercetarile asupra izotopilor au fost continuate de catre mulţi oameni de stiinţa, remarcabil ar fi fizicianul englez Francis William Aston; munca acestora în descoperirea si studierea izotopilor a fost accelerata prin folosirea spectrografului.