Densitet definieras som massa per volymenhet. Eftersom isotoper har samma antal protoner kommer de att ha ett liknande antal elektroner som kretsar kring kärnan. Detta betyder att atomens totala laddning förblir densamma. Men tillsatsen av neutroner ökar atomens massa utan att väsentligt ändra dess storlek. Som ett resultat kommer isotoper med fler neutroner att ha en högre densitet än isotoper med färre neutroner.
Tänk till exempel på kol-12 och kol-13. Kol-12 har 6 protoner, 6 neutroner och 6 elektroner, medan kol-13 har 6 protoner, 7 neutroner och 6 elektroner. Tillsatsen av en neutron ökar massan av kol-13 med cirka 1,6 %, men ändrar inte dess storlek nämnvärt. Som ett resultat är kol-13 tätare än kol-12.
Skillnaden i densitet mellan isotoper kan användas för att separera dem. Detta görs genom en process som kallas isotopseparation, som används i en mängd olika tillämpningar, såsom framställning av kärnbränsle och anrikning av uran för användning i kärnreaktorer.
