Un atome de carbone possède six protons et six neutrons. Sa masse est d'environ 12 unités de masse atomique. Cependant, tous les atomes de carbone ne sont pas identiques. Le carbone 12 possède six neutrons, le carbone 13 en possède sept et le carbone 14 en possède huit. Ce sont des isotopes, des atomes d'un même élément présentant un nombre différent de neutrons. La masse atomique est la masse moyenne pondérée des atomes d'un élément, tenant compte de l'abondance de chaque isotope.

L'unité de masse atomique (uma) est définie comme étant un douzième de la masse d'un atome de carbone 12. Elle est approximativement égale à 1,66 × 10⁻²⁷ kilogrammes. Les protons et les neutrons ont chacun une masse proche de 1 uma. Les électrons sont beaucoup plus légers, environ 1/1836 de la masse d'un proton. La masse atomique d'un élément est généralement proche du nombre de masse de son isotope le plus abondant, mais pas exactement, en raison du défaut de masse dû à l'énergie de liaison.

La masse atomique est importante en chimie. Elle sert à calculer la masse molaire, c'est-à-dire la masse d'une mole de substance. La masse molaire d'un élément, exprimée en grammes par mole, est numériquement égale à sa masse atomique, exprimée en u.m.a. Cette relation permet de convertir entre masse et quantité de matière (en moles), conversion essentielle en stœchiométrie.

Le tableau périodique répertorie les masses atomiques, généralement sous forme décimale. Cette valeur décimale correspond à la moyenne pondérée des masses des isotopes. Le chlore, par exemple, a une masse atomique de 35,45, car il est composé d'un mélange de chlore-35 et de chlore-37.