تعداد پروتون‌ها و نوترون‌ها در هستهٔ اتم‌ها معمولاً متفاوت است به دلیل پایداری هسته‌ای و نیروهای هسته‌ای که بین این ذرات عمل می‌کنند. پروتون‌ها دارای بار مثبت هستند و به دلیل نیروهای الکترومغناطیسی یکدیگر را دفع می‌کنند. نوترون‌ها که بار الکتریکی ندارند، به کمک نیروهای هسته‌ای قوی به پایداری هسته کمک می‌کنند. در بسیاری از عناصر سبک، تعداد پروتون‌ها و نوترون‌ها تقریباً برابر است، اما در عناصر سنگین‌تر، تعداد نوترون‌ها معمولاً بیشتر از تعداد پروتون‌ها است. این افزایش در تعداد نوترون‌ها به این دلیل است که نیروهای هسته‌ای قوی باید بر نیروی دافعه الکترومغناطیسی بین پروتون‌های بیشتر غلبه کنند تا هسته پایدار بماند. بنابراین، نسبت پروتون‌ها به نوترون‌ها در هسته به تعادل بین نیروهای دافعه و جاذبه در هسته بستگی دارد و به همین دلیل در عناصر مختلف متفاوت است.