ナトリウムの同位体には13種の同位体が認められている。Naのみが安定同位体であり、単核種元素かつモノアイソトピック元素であると考えられる。標準原子量は22.98976928(2) u。ナトリウムは2種の放射性宇宙線生成同位体を持つ（Na, 半減期 = 2.605 年とNa, 半減期 ≈ 15 時間）。急性中性子線被曝（例えば原子力発電の臨界事故）ではヒトの血漿中のNaがNaに変化する。この同位体の濃度を測ることによって被曝者への中性子線の被曝線量を計算できる。Naはナトリウムの同位体としては著しく半減期が長い陽電子放出同位体である。これはポジトロン断層法において検査対象と点光源で陽電子を生み出すのに用いられる。

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