A nukleonok



A proton és a neutron, azaz a mag alkotói, közös neve a nukleonok.
A nukleonok sokkal nagyobb tömegűek, mint az elektron. A neutron kicsit nagyobb tömegű a protonnál:

Eszerint tehát az anyag igen szellős felépítésű. Tömegének 99,98%-a az atomok magjában, nagyon kis helyen van összesűrítve. A mag 16 nagyságrenddel sűrűbb, mint az elektronburok.

Mivel a neutron tömege közel azonos a proton tömegével, ezért első pillantásra megdöbbentő, s igen fontos mérési eredményként adódik az a tény, hogy az elemek tömegszáma közelítőleg sem fejezhető ki egész számmal. Kiderült, hogy egy adott elem magjában, azonos protonszám mellett, különböző számú neutron lehet. A többféle előfordulás miatt átlagos értékként kapjuk a törtszámmal kifejezett relatív atomtömeg értéket.
Egy adott elem különböző tömegszámú atomjai az illető  elem izotópjai.

A különböző izotópok tehát kémiailag egyformán, de más szempontból (például stabilitásukat tekintve) különbözőképpen viselkednek. Éppen ezért van nagy jelentőségük a magfizikai folyamatokban.
A mérések szerint a protonok és neutronok száma a kis rendszámú elemek magjában általában azonos. A nagy rendszámú elemek esetén ez az arány eltolódik a neutronok javára, ami a rendszám és a tömegszám összehasonlításával jól látható. A tapasztalat a későbbiekben akkor válik érthetővé, amikor megvizsgáljuk a magot összetartó erőt, ill. az atommag energiaviszonyait.