マグネシウムの同位体は、Mg、Mg、Mgの3種類が天然に安定に存在する。また、MgからMgの19種類の放射性同位体が発見されている。最も寿命の長い放射性同位体はMgで、半減期は20.915時間である。軽い同位体のほとんどは、ナトリウムに崩壊するが、重い同位体はアルミニウムに崩壊する。最も寿命の短いものは、半減期が180ナノ秒以下のMgか、半減期が170ナノ秒以上のMgである（Mgの半減期は未知である）。標準原子量は、24.3050(6) uである。

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