นิวเคลียร์ คือ โปรตอน Z ตัว กับ นิวตรอน N ตัวอยู่รวมกันที่ตำแหน่งเดียว (ใกล้กว่าระยะ 1 pm)
แม้ว่าโปรตอนจะผลักกันด้วยแรงทางไฟฟ้า แต่โปรตอนยึดเหนี่ยวกันได้ในนิวเคลียร์เมื่อมีนิวตรอนมากพอเหมาะ \(N \approx Z(1 + 0.015 (2.2Z)^{2/3})\)
เลขธาตุ เรียกตามจำนวนโปรตอน Z ในนิวเคลียร์ โดยธาตุชนิดหนึ่งอาจมีจำนวนนิวตรอน N ที่เป็นไปได้หลายค่า เรียกว่า ไอโซโทป โดยนิยมเรียกตามจำนวนรวมของนิวคลีออน A=Z+N เช่น C-12 หมายถึงคาร์บอนที่มีนิวคลีออนรวม 12 ตัว (โปรตอน 6 ตัวกับนิวตรอน 6 ตัว)
มวลของนิวเคลียร์น้อยกว่าผลรวมของมวลของโปรตอนและนิวตรอน
\[ m_{nuc} = Z m_p + N m_n - A b(A,Z) \]
มวลของอะตอมรวมอิเล็กตรอนอีก Z ตัว
\[ m_{atom} = m_{nuc} + Z m_e - f(Z) \]
โดย
มวลของโปรตอน mp = 938.3 MeV/c2
มวลของนิวตรอน mn = 939.6 MeV/c2
มวลของนิวตรอน me = 0.511 MeV/c2
พลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออน b(A,Z) มีค่าประมาณ 7-9 MeV
พลังงานของอิเล็กตรอนในอะตอม f(Z) มีค่าประมาณ 0.00001 - 0.001 MeV
เนื่องจากพลังงานยึดเหนี่ยวนิวเคลียร์อยู่นอกเหนือขอบเขตที่สนใจ จึงประมาณมวลอะตอมเป็น
\[ m_{atom} \approx A m_{amu} \]
โดยหน่วยมวลอะตอม mamu อ้างอิงจากอะตอมของคาร์บอน-12
\[\begin{align}
m_{amu} &:= \frac{1}{12}m_{C-12} \\
m_{C-12} &= 6\times938.3 + 6\times939.6 - 12 \times 7.7 + 6\times 0.5 - 0 \ \mathrm{MeV/c^2} \\
m_{amu} &= 931.5 \ \mathrm{MeV/c^2}
\end{align}\]
หรือคิดเป็น mamu = 1.660E-27 kg อาจเขียนแทนด้วย amu หรือ Da (ดาลตัน)