核素是指原子核具有特定质量数、质子数、中子数及核能态的一类原子，且在该能态下的平均寿命足够长以便于观察和研究。
核素（nuclide）一词来源于原子核（nucleus），由化学家T.P.科曼（Truman Paul Kohman，美国，1916~2010）在1947年提出，核素的研究是一门实验和观测科学，它涉及数据的收集、分类、组织、观察以及理论化。
核素的表示
如果用符号X表示一种元素，A表示质量数，Z表示质子数，N表示中子数（中子数N =质量数A -质子数Z），m表示所处核能态，那么一个核素可以完整表示为： 。对于已知质量数的给定元素，质子数在数值上等于它的原子序数，中子数可以根据计算得到，该核素可以简写为： ，或X-Am。
例如核素锝-99m（锝的原子序数为43，元素符号是Tc），如图1所示。该核素的质量数是99，质子数是43（质子数与原子序数相同），中子数为56，m是所处的核能态。
核素的稳定性
中子-质子比
原子核由质子和中子组成，这些质子和中子由核力束缚在一起。由于带正电的质子相互排斥，因此需要电中性的中子稳定原子核，中子通过间隔开质子从而减少质子之间的静电斥力，同时提供中子间及质子上的核力。因此，如果将两个或多个质子束缚到原子核中，至少需要一个或多个中子。随着质子数量的增加，确保核素稳定所需的中子-质子比也随之增加。
核子数的奇偶性
中子-质子比不是影响核素稳定性的唯一因素，还取决于质子数（原子序数）、中子数以及质量数（质子数及中子数之和）的偶数性或者奇数性。质子数和中子数的奇数性倾向于降低原子核的结合能，因此奇数核通常都不太稳定，因此相邻原子核结合能之间差异显著，特别是在奇数质量数的同质异位素之间。稳定核素多数是偶数中子数和偶数质子数，即质子数、中子数以及质量数都是偶数。奇数质量数的核素被大致平分为奇数质子偶数中子的核素和偶数质子奇数中子的核素。奇数质子奇数中子的核素极为少见。
核素图
核素图是以原子序数（质子数）为横坐标、中子数为纵坐标排布核素的图，类似于元素周期表，核素图基于每个元素已知同位素核性质将核素分类。目前已知核素超过4000种，其中绝大部分是放射性核素。随着新核素不断被发现和确认，核素图也在不断更新之中。
如图2所示，核素图中每个方格标注有该核素的质量、相对丰度，半衰期，中子截面和衰变性质等，不同颜色的方块表示不同半衰期及中子吸收性质。
美国布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）的国家核数据中心（National Nuclear Data Center，NNDC）提供有在线核素图（https://www.nndc.bnl.gov/nudat2/）。
核素的分类
根据核子数分类
根据质量数、质子数、中子数等数目的不同，可以将核素分为5类：同位素、同质异位素、同中子异位素、同差素、同核异构体。
同位素（isotopes）：质子数相同的一类核素。
同质异位素（isobars）：质量数相同的一类核素。
同中子异位素（isotones）：中子数相同的一类核素。
同差素（isodiaphers）：过剩中子数（中子数减去质子数）相同的一类核素。
同核异构体（isomers）：质子数、质量数、中子数及过剩中子数均相同的一类核素。
核素与同位素的区别在于核素的概念强调核性质多于化学性质，而同位素的概念（将每个元素的所有原子分组）则强调化学性质多于核性质。中子数对核素性质有很大影响，但对大多数元素化学性质的影响可忽略不计。由于同位素是较早出现的术语，比核素的流传更广，因此有时“同位素”仍用于“核素”更适用的描述中，例如核技术和核医学领域。
根据核素稳定性分类
根据核素稳定与否可以将核素分为2类：稳定核素和不稳定核素。不稳定核素是放射性的，也叫作放射性核素。
稳定核素（Stablenuclides）：稳定核素是指不会或不易自发进行放射性衰变的核素（共约288种核素的半衰期大于 秒）。多数天然核素都是稳定的，仅有几个天然核素是放射性的且半衰期极长（半衰期大于或等于地球的年龄——45亿年）。
放射性核素（Radionuclides）：原子核具有过剩的核能从而导致其不稳定的一类核素，这些过剩的能量可以从原子核中产生或发射出新的辐射，也可以传递给原子中的电子并将其发射出去（内转换电子）。这个过程就是放射性衰变，这些发射出去的物质就构成了电离辐射，不稳定的原子核或其子核继续衰变直到稳定为止。其中天然放射性核素有原生放射性核素和宇生放射性核素，原生放射性核素（primordial radionuclide）是指地球上的土壤、岩石等本来就存在的放射性核素，例如U-238、Th-232、K-40等；宇生放射性核素（cosmogenic radionuclide）是指宇宙射线与大气中或地表上的核素相互作用产生的放射性核素，例如H-3、C-14等。
根据核素来源划分
根据核素的来源可以将核素分为2类：天然核素和人工核素。
天然核素（naturally occurring nuclides）可以分为3种。第1种是半衰期（ ）至少为地球年龄2％的核素，它们都是在太阳系形成之前恒星核合成留下的。例如，铀的同位素U-238（ =4.5× 年）在自然界中储量相当丰富，而另一个短寿命的同位素U-235（ =0.7× 年）的储量则要少一些。第2种是由放射性衰变产生的核素，这种方式产生的核素既有放射性核素，也有稳定核素。例如镭的同位素Ra-226（ =1602年），它产生于铀或钍同位素的原始衰变链中；也有的半衰期非常短暂的，如钫的同位素。第3种是由天然核反应产生的核素，产生的核素同样既有放射性核素，也有稳定核素。这些反应发生于原子与天然产生中子（来源于宇宙射线、自发裂变或其他来源）之间的相互作用，或原子直接被宇宙射线轰击时。例如，宇宙射线轰击其他元素得到的宇生核素C-14（放射性核素），中子轰击U-238产生Pu-239（放射性核素）。
人工核素（Artificially produced nuclides）：除天然核素外，通过核反应堆、加速器或放射性核素发生器，已经人工制造出超过3000种人工放射性核素。
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