原子核是由Z个质子和N个中子所组成的，质子数和中子数之和为核子数A。质子带一个单位的正电荷，中子不带电，所以原子核带有正电荷Ze（e为元电荷）。质子和中子都具有一定的质量，故原子核有一定的质量。当忽略核外电子的结合能时，原子核的质量是原子质量与核外电子质量之差。原子核中的A个核子分布在一个很小的区域，这个区域的大小通常用核半径来描述。原子核还有确定的自旋、宇称及电磁矩。

原子核中的核子分布在一个近似球对称的范围内，虽然它没有明显的边界，但仍用核半径来表征原子核的大小。原子核的半径与A^1/3成正比，即R≈r₀A^1/3。用不同的方法定出的常数r₀可以略有不同，一般r₀=(1.1～1.5)×10^-13米。

从实验角度看，原子核的核子分布范围难以直接测量，所以往往用以下两种相似的概念来代替。一种概念是原子核的电荷分布范围，即原子核中质子的分布范围；另一种概念是核力的作用范围，由于核力是一种短程力，入射强子与核内核子将近接触时才进入原子核的核力作用范围，故核力的作用范围就是核内核子的分布范围，也就是核物质的分布范围。见原子核半径。

把原子核分解成单个的核子需要给它一定的能量，这个能量称为原子核的结合能（B）。按照A.爱因斯坦^[注]的质能关系，原子核的结合能与这个核的质量以及组成它的各个核子质量相联系。各个核子的质量和，与它们所组成的原子核的质量之差称为质量亏损（Δm）。质量亏损乘以光速（c）的二次方就等于原子核的结合能，即：

式中m_p为质子的质量；m_n为中子的质量；m(Z,N)为质子数为Z、中子数为N的原子核的质量。B/A为单位核子的结合能（或比结合能），对于中等质量核及重核，比结合能大致是一个常数（约8兆电子伏），这样大的比结合能反映核子之间有很强的吸引力。比结合能大致是一个常数这一事实与原子中电子的结合能不同，在这方面，原子核很像固体或液体。见核结合能。

组成原子核的核子是具有自旋s为（是普朗克常数除以2π）的粒子，核子在原子核内又具有一定的轨道角动量。各个核子的自旋和轨道角动量的向量耦合，组成原子核的总动量矩就称核自旋。核自旋是用总角动量量子数J来表示的。J的数值是的整数或半整数倍。见原子核自旋。

核磁矩是原子核所具有的一种电磁性质。电荷作轨道运动可以产生磁偶极矩，这个磁偶极矩与轨道角动量成正比。组成原子核的质子带有正电荷，由于轨道运动，它可对原子核的磁偶极矩有贡献。核子的自旋可以引起自旋磁矩，所以原子核的磁偶极矩等于各核子的自旋磁矩以及质子的轨道磁矩之和。见原子核磁矩。

原子核的电四极矩是描述原子核的电荷分布的非球对称的一个量。见原子核电四极矩。

宇称描述粒子在空间反演下的性质。宇称和统计性是微观粒子所具有的特性。核宇称为原子核的波函数在空间反演下的对称性质，为诸核子轨道宇称和内禀宇称之积。见原子核宇称。

对包含两个或两个以上相同的原子核的分子或凝聚态体系，交换一对完全相同的核子数为A的原子核，量子力学表明，体系的波函数或者不变（A为偶数时），或者变号（A为奇数时），前者称为玻色子，后者称为费米子。所有A为偶数的核都是玻色子，所有A为奇数的核都是费米子。

最初引进同位旋的概念是为了描述核子的两种不同的电荷状态（质子态、中子态），核子的同位旋矢量的第三分量为1/2或-1/2，分别对应这两种状态。原子核的同位旋是核内核子同位旋的矢量和，同位旋量子数用T表示，同位旋第三分量用T₃表示。

具有Z个质子、N个中子的核，T₃=(Z-N)/2，原子核的总电荷数为T₃+A/2。核反应中，系统在反应前与反应后的总电荷守恒，核子数也守恒，因此T₃也守恒。

实验和理论分析表明，任何微观粒子的自旋量子数不是半整数就是整数。例如，电子、质子、中子、中微子等的自旋为半整数，光子、α粒子、π介子等的自旋为整数。由量子力学可知，这两类不同的粒子分别组成的体系具有不同的统计性质。由自旋为半整数的粒子组成的两个或两个以上的全同粒子系统遵从费米-狄拉克统计，所以自旋为半整数的粒子也称费米子。由自旋为整数的粒子组成的两个或两个以上的全同粒子系统则遵从玻色-爱因斯坦统计，自旋为整数的粒子也称玻色子。费米子和玻色子具有不同的性质。费米子在每一量子状态只能有一个，玻色子在每一量子状态则可以有两个或两个以上。

由两个或两个以上全同费米子组成的系统，它的波函数是交换反对称的，即：

式中r_i(i=1,2,…,n)为第i个粒子的空间坐标和自旋取向。此式表示第i个粒子和第j个粒子互换后，描写系统的波函数符号相反。

如果系统由两个或两个以上全同玻色子组成，则它的波函数是交换对称的，即：

此式表示第i个粒子和第j个粒子互换后，描写系统的波函数相同。

原子核的自旋由质量数A来决定。奇数个核子组成的原子核的自旋是半整数，偶数个核子组成的原子核的自旋是整数。