Atomo branduolys yra centrinė atomo dalis, kurioje sutelkta beveik visa atomo masė. Jo pagrindinė charakteristika yra krūvis, kurį 1913 m. išmatavo Henris Mozlis. Atomo branduolio elektros krūvis (\(q\)) apskaičiuojamas dauginant cheminio elemento eilės numerį (\(Z\)) periodinėje elementų lentelėje iš elektrono krūvio (\(e\)): \(q = Ze\). Cheminio elemento eilės numeris \(Z\) dar vadinamas krūvio skaičiumi. Atomai su vienodu branduolio krūviu turi panašią elektroninio apvalkalo sandarą ir chemines savybes.

Atomo branduolio fizikinės savybės priklauso nuo jo krūvio ir masės. Atomų ir jų branduolių masė nustatoma masių spektrografu. Jame magnetinis laukas veikia judančius jonus Lorenco jėga, nukreipdamas juos apskritimu. Jono masė apskaičiuojama iš apskritimo spindulio. Atomo branduolio masė, išreikšta atominės masės vienetais, vadinama masės skaičiumi (\(A\)).

Eksperimentai rodo, kad atomo branduolys yra rutulio formos. Jo spindulys apskaičiuojamas pagal formulę: \(R = r_0 \cdot A^{1/3}\), kur \(r_0 = 1,3 \text{ fm} (1,3 \times 10^{-15} \text{ m})\), o \(A\) – masės skaičius. Branduolio tūris yra proporcingas jo masei (\(V \approx R^3 \approx A\)). Visų cheminių elementų branduolių tankis yra beveik vienodas ir labai didelis (apie \(1.8 \times 10^{17} \text{ kg/m}^3\)). 1 atominis masės vienetas (a. m. v.) = \(1.660 538 \times 10^{-27} \text{ kg}\).

Izotopai yra to paties cheminio elemento atomai, turintys vienodą branduolio krūvį (protonų skaičių), bet skirtingą masės skaičių (neutronų skaičių). Jie užima tą pačią vietą periodinėje elementų lentelėje. Daugumos izotopų masės skiriasi nežymiai, bet vandenilio izotopų (pročio, deuterio, tričio) masės skiriasi ženkliai. Izotopai žymimi \(_{Z}^{A}X\), kur \(A\) – masės skaičius, \(Z\) – krūvio skaičius, \(X\) – elemento simbolis.