BẢNG MENDELEYEV VÀ CÁC CHẤT ĐỒNG VỊ
Trước năm 1913 Khvolson nhận xét rằng, bảng tuần hoàn. D. I. Mendeleyev ''không có mối tiên quan rõ ràng nào với vật lý học. Đây chỉ là hóa học thuần túy''. Song tình huống đã thay đổi hoàn toàn sau khi nhà vật lý người Đan Mạch, Niels Henrik David Bohr (1885 - 1962) xây dựng lý thuyết lượng tử của nguyên tử và nhà vật lý người Hà Lan Antonius Van den Bruck (1870 - 1926) tìm ra ý nghĩa các số thứ tự của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn. (Số thứ tự đó bằng điện tích của hạt nhân tính theo điện tích cơ sở e của electron).
Năm 1913 được đánh dấu bởi một phát hiện quan trọng nữa. Các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học trước đây được xem là giống nhau thì trong thực tế lại có thể khác nhau và khối lượng nguyên tử cũng khác nhau. Theo lời đề nghị của nhà hóa học phóng xạ người Anh Frederick Soddy (1877 - 1956), các nguyên tử (và cả các hạt nhân) có cùng số thứ tự Z, song với khối số A khác nhau sẽ được gọi là các isos tức là đồng vị (gốc tiếng Hi Lạp: isos = ''như nhau'' và topos = “vị trí”).
Mỗi nguyên tố hóa học có nhiều đồng vị. Ví dụ các đồng vị của hyđro là: proti (protium) ký hiệu là H, đơteri (deuterium) ký hiệu D và triti (tritium) ký hiệu T. Sau khi cấu trúc hạt nhân đã được tìm ra thì người ta hiểu rằng các đồng vị khác nhau của một nguyên tố chỉ khác nhau về số nơtron trong hạt nhân. Như vậy, đồng vị nhẹ nhất của nguyên tố hyđro là proti không có notron còn đồng vị đơteri thì có một notron (ngoài một proton), còn đồng vị nặng nhất của nguyên tử hyđro lại chứa hai nơtron.
Các đồng vị được phân bố không đều trong thiên nhiên.
Ví dụ đơteri 7000 lần ít gặp hơn hyđro bình thường tức proti, còn triti thì phân rã tự phát cho nên không tồn tại trong những điều kiện tự nhiên.
Sự phát hiện các đồng vị cho phép giải thích vì sao khối lượng nguyên tử tương đối của những nguyên tố hóa học không bằng những số nguyên, và nhiều trường hợp sự khác nhau này rất đáng kể. Lý do: khối lượng nguyên tử lấy từ bảng tuần hoàn Mendeleyev chỉ là khối lượng trung bình của khối lượng nguyên tử của tất cả các đồng vị của nguyên tố đó có tính đến tỷ lệ phổ cập của đồng vị đó trong thiên nhiên. Ví dụ khối lượng nguyên tử của clo bằng 35/45 vì clo thiên nhiên chứa hai đồng vị với khối số là 35 (76%) và 37 (24%).
Nguyên tố tiếp theo sau hyđro là heli (He). Có 2 đồng vị với số khối lượng là 3 (0,00014%) và 4 (99,99986%). Hạt nhân heli phổ cập nhất là đồng vị He gồm 2 proton và 2 notron. Hạt nhân này chính là hạt 
và cũng nhờ chính hạt này mà các nhà vật lý đã dùng để khám phá thế giới vi mô trong lòng hạt nhân.
Tiếp sau đó là liti với 92,5% đồng vị với số khối lượng là 7. Trong hạt nhân của đồng vị này có 3 proton và 4 notron.
Mỗi hạt nhân được đặc trưng bởi một tỷ số tối ưu giữa số proton Z và số Nơtron N. Giữa các notron chỉ tồn tại lực hạt nhân có tầm tương tác gần, song giữa các proton lại có thêm lực đẩy điện trường có tầm tương tác xa.
Đối với các hạt nhân nhẹ năng lượng tương tác hút hạt nhân giữa các nucleon lớn hơn năng lượng tương tác đẩy điện một cách đáng kể. Ví dụ trong hạt nhân heli nănglượng liên kết (năng lượng tối thiểu để phân tách hạt nhân thành những nucleon tự do) bằng 28 MeV, trong khi đó năng lượng tương tác đẩy điện giữa các proton chỉ bằng 03 MeV. Vì lý do đó mà các hạt nhân nhẹ không ''cần'' một số dư thừa các notron và trong đa số trường hợp ở những hạt nhân tương tự ta có Z = N. Song nếu xét các hạt nhân nặng hơn, thì ta có số proton nhiều hơn, năng lượng tương tác đẩy điện tăng lên (và tăng nhanh hơn năng lượng tương tác hút hạt nhân) nên vai trò của notron trở nên quan trọng. Vì về mặt năng lượng mà nói thì nếu số notron nhiều hơn số proton thì các nơtron nằm chen giữa các proton và làm giảm năng lượng đẩy điện. Ví dụ hạt nhân vàng có Z = 79 còn N = 118, hạt nhân urani có Z = 92 và N = 146.
Song số nơtron dư thừa cũng không thể tăng lên nhiều mãi bởi vì bản thân các nơtron theo nguyên lý Pauli cũng không thể tập trung nhiều sát nhau được. Vì lý do này mà những hạt nhân siêu nặng (còn gọi là các hạt nhân siêu urani) bởi vì theo bảng tuần hoàn Mendeleyev thì chúng đứng sau nguyên tố urani) cũng không thể là hạt nhân bền với bất kỳ tỷ lệ nào giữa số proton và số notron. Đối với những hạt nhân này thì về mặt năng lượng sẽ tối ưu, nếu chúng bức xạ hạt hay hạt 
và trở thành những hạt nhân khác có độ bền vững cao hơn.
KHỐI LƯỢNG BIẾN MẤT
Nếu đem cân củ khoai tây xong rồi bỏ nó vào trong một bao đầy khoai tây thì liệu củ khoai tây đó có nhẹ đi không?
Thực nghiệm cho biết rằng nó không nhẹ đi. Song trong hạt nhân thì sự việc xảy ra lại khác đi. Quả vậy, khối lượng nucleon trong hạt nhân lại nhỏ hơn khối nucleon tự do. Lý do là vì khi tách một nucleon khỏi hạt nhân, chúng ta cần sản ra một năng lượng E để thắng sức hút của lực hạt nhân. Năng lượng này truyền cho hạt bị tách ra. Mặt khác theo lý thuyết tương đối của Einstein, năng lượng liên hệ với khối lượng bởi công thức E = mc2 (c = tốc độ ánh sáng trong chân không). Do đó khi năng lượng tăng thì khối cũng tăng. Vậy khối lượng của nucleon ở trạng thái lớn hơn khi nó nằm trong hạt nhân, và khối lượng của bản thân hạt nhân M thì nhỏ hơn tổng khối lượng 
của các nucleon tự do tương ứng. Hiệu khối lượng 
gọi là khối lượng hao hụt của hạt nhân nguyên tử. Lượng giảm này thật ra không lớn lắm, chỉ khoảng 1%.
''GIẢ KIM THUẬT'' HẠT NHÂN
Hạt proton được Rutherford tìm ra khi thực hiện phản ứng + N 
O + p. Từ đó người ta liên tưởng đến giấc mơ của những nhà giả kim thuật thời trung cổ: biến một nguyên tố này (trong trường hợp trên là nitơ) thành một nguyên tố khác (trong trường hợp trên là oxy). Về sau, việc thực hiện những phép biến đổi nguyên tố đã trở nên bình thường.
Vì vậy trong một bài giảng của Ruthelford, ông đã gọi các quá trình biến đổi nguyên tố đó là ''giả kim thuật hiện đại''. Và hiện nay người ta có thể chế được vàng bằng phương pháp nhân tạo (song quả thật, điều này cũng đòi hỏi những chi phí khổng lồ). Cơ sở của môn ''giả kim thuật hiện đại'' là quá trình va chạm giữa các hạt nhân của các nguyên tố hoá học khác nhau. Kết quả các quá trình tương tác đó là sự hình thành những nguyên tố mới. Những nguyên tố mới này có thể là những mảnh vỡ của các hạt nhân sau va chạm, có thể là những hạt nhân xuất hiện sau quá trình tổng hợp các hạt nhân khác và cũng có thể là những mảnh vỡ của hạt nhân, xuất hiện trong quá trình tổng hợp.
Các quá trình trong đó một hạt nhân bị phân ra thành hai, ba hạt nhân nhẹ hơn, được gọi là phản ứng phân hạch, còn quá trình trong đó nhiều hạt nhân mới được hình thành từ sự tổng hợp các hạt nhân nhẹ hơn thì được gọi là phản ứng tổng hạch (hay tổng hợp hạt nhân). Phản ứng phân hạch xảy ra trong các lò phản ứng hạt nhân, thiết bị trung tâm của các nhà máy điện nguyên tử và trong các vụ nổ bom nguyên tử; phản ứng tổng hạch (tổng hợp hạt nhân) xảy ra trong các vụ nổ bom khinh khí và trong lòng đa số các sao (trong đó có Mặt Trời), chính nhờ quá trình tổng hợp nhiệt hạch này mà các sao có khả năng bức xạ ánh sáng trong nhiều tỷ năm.
Để thực hiện những biến đổi hạt nhân trong điều kiện phòng thí nghiệm, cần phản có những dòng hạt đến với năng lượng rất lớn. Để có những dòng hạt như vậy, cần phải có máy gia tốc, trong những máy này người ta tạo ra những điện trường mạnh để làm tăng vận tốc các dòng hạt đó. Để buộc cho điện trường tác động nhiều lần lên dòng hạt, người ta dùng từ trường mạnh để làm cho dòng hạt chuyển động theo đường tròn, hoặc theo đường xoắn óc, từ trường có hướng thẳng góc với mặt phẳng chuyển động của hạt. Những máy gia tốc khổng lồ hiện đại, có bán kính cực đại đạt vài cây số, và các hạt nhân được gia tốc đến năng lượng hàng trăm GeV đối với mỗi nucleon.
Sử dụng những kỹ thuật độc đáo, các nhà vật lý có thể tổng hợp nhân tạo những hạt nhân siêu nặng (tận đến nguyên tố 118). Những hạt nhân siêu nặng này không tồn tại trong thiên nhiên vì chúng là những hạt nhân không bền và phân rã nhanh chóng thành những hạt nhân nhẹ hơn.
