一个原子核由两种类型的粒子组成，它们统称为核子。正电荷和大约占原子核质量的一半是由质子贡献的。每一个质子都带有1.6×10-19库伦的正电荷，与一个电子的带电量相等，但符号相反。原子核中的质子(或正电荷)数就是原子的原子序数。一个质子的质量为1.6734×10-27kg。原子核中第二种类型的粒子是中子，其质量为1.6747×10-27kg，是不带电粒子。在原子核外，中子是不稳定的，会分成质子、电子和反微中子(见第3章)。这个转换的半衰期为12.8分钟。中子在原子核内通常是稳定的。核子中的中子数用N表示。原子核质量数A是原子核中核子的数目(中子和质子)。质量数A=Z+N。
表示一个具体的原子核组成的标准形式是: AZX。
这里X是化学符号(如H、He、Li)，A和Z的定义如上述。在这个符号体系中存在一些冗余。原子序数Z独一无二地与化学符号X对应。例如，当Z=6时，化学符号总是C，指的是碳元素。
用“千克”来表示原子粒子的质量并不实用，因为它是需要用科学计数法来表示的一个很小量。原子质量单位(Atomic Mass Unit，amu)是一个更加方便的表示原子粒子质量的单位。1amu被规定为是碳原子质量的1/12，该碳原子有6个质子，6个中子和6个电子。同样，
1amu=1.6605×10-27kg
原子核的壳层模型被用来解释离散的原子核能量状态的存在。在这个模型中，核子在壳层中的排列近似于电子在原子核外结构中的排列。如果核子包含了2、8、14、20、28、50、82或126个质子或者相似数目的中子，该核子就相当稳定。这些数字被称为幻数，可以反映出原子核壳层已经完全被占据。拥有奇数中子或质子的核子不如那些带有偶数中子和质子的核子稳定。相似核子的配对增加了原子核的稳定性。下表中的数据支持这种假设。
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