同位旋是一个与强相互作用相关的量子数，它反映了自旋和宇称相同、质量相近而电荷数不同的几种粒子归属性质。同位旋这一概念是德国物理学家W.K.海森伯在1932年为描述新发现的中子的对称性而引入的。1937年，美国物理学家E.P.维格纳进一步用它来描述原子核的同位旋属性。实验表明，核子之间的作用力主要是核力，它近似地与核子所带电荷无关，即质子和质子、中子和中子，以及质子和中子之间的核力是相同的，这说明就核力的性质而言，质子与中子之间没有区别，因此，把质子和中子看成同一种粒子（核子）的两种不同状态。为区别它们，引入了一个新的算符——核子的同位旋矢量，其量子数为1/2。中子和质子的同位旋相同，但同位旋第三分量不同，中子的=-1/2，质子的=+1/2，具有对称性。同位旋矢量是可以相加的，因此，一个原子核的总同位旋矢量为组成该原子核的质子和中子的同位旋矢量之和，即，第三分量。一个原子核的质子数为，中子数为，质量数为，其同位旋第三分量。 因此，同一种核素的不同能态都具有相同的同位旋值。但是，原子核同位旋量子数的取值范围为。