De andra subatomära partiklarna som utgör en magnesiumatom förutom protoner och elektroner är neutroner. Protoner är positivt laddade, elektroner är negativt laddade och neutroner har ingen laddning. Kärnan i en magnesiumatom innehåller 12 protoner och 12 neutroner, medan elektronmolnet innehåller 12 elektroner. Antalet protoner i en atom avgör vilket grundämne det är, så alla magnesiumatomer har 12 protoner. Antalet neutroner kan dock variera, vilket ger upphov till olika isotoper av samma grundämne. Magnesium har tre stabila isotoper:magnesium-24, magnesium-25 och magnesium-26. De tre isotoper av magnesium har 12, 13 respektive 14 neutroner.