同位素是指原子核中，具有相同质子数（即原子序数）的不同原子核。
同位素已经成为许多领域中的灵丹妙药，其中，核能源、医学、地质学、环境科学、天文学等领域上的应用最为广泛。
同位素应用于核能产生领域时，会被用来转化为电力、热量等，其产生的核能又可分为核裂变、核聚变，能量释放强大。
医学中，同位素可用于放射性核素治疗、非侵入性放射学检查、核素扫描等，它不仅可以早期发现疾病，而且可以实现针对性治疗。
在地质科学上，显著应用是使用同位素进行年代测定，同位素分析的应用范围非常广泛，包括地球内外部分环境，例如地球内部的对流、地热学等；地球外部的重要环境因素，如大气、水、植物和动物等都可以利用同位素的分析方法进行研究。
同位素在环境科学中，用作判断阳离子的形成机理、了解大气物质的来源以及动植物活动及其变化，以及检测放射性污染等。同位素技术使环境工作者能从更细微的角度探究环境问题。
天文学上的应用也颇为神奇，利用同位素在外太空中传播的特性来研究太阳系及行星、测定星际距离、探测宇宙射线并进行大爆炸理论研究等。
