Atom uhlíku má šest protonů a šest neutronů. Jeho hmotnost je přibližně 12 atomových hmotnostních jednotek. Ne všechny atomy uhlíku jsou však stejné. Uhlík-12 má šest neutronů. Uhlík-13 má sedm. Uhlík-14 má osm. Jsou to izotopy, atomy stejného prvku s různým počtem neutronů. Atomová hmotnost je vážená průměrná hmotnost atomů prvku, beroucí v úvahu hojnost každého izotopu.

Atomová hmotnostní jednotka je definována jako jedna dvanáctina hmotnosti atomu uhlíku-12. Je to přibližně 1,66 krát 10 na minus 27 kilogramů. Protony a neutrony mají hmotnost blízkou 1 amu. Elektrony jsou mnohem lehčí, asi 1/1836 protonu. Atomová hmotnost prvku se obvykle blíží hmotnostnímu číslu jeho nejhojnějšího izotopu, ale ne přesně, kvůli hmotnostnímu defektu z vazebné energie.

Atomová hmotnost je v chemii důležitá. Používá se k výpočtu molární hmotnosti, což je hmotnost jednoho molu látky. Molární hmotnost prvku v gramech na mol se číselně rovná jeho atomové hmotnosti v amu. Tento vztah umožňuje převod mezi hmotností a moly, což je nezbytné pro stechiometrii.

Periodická tabulka uvádí atomové hmotnosti, obvykle v desetinných číslech. Desetinná soustava odráží vážený průměr izotopů. Například chlor má atomovou hmotnost 35,45, protože je směsí chloru-35 a chloru-37.