कार्बन परमाणु में छह प्रोटॉन और छह न्यूट्रॉन होते हैं। इसका द्रव्यमान लगभग 12 परमाणु द्रव्यमान इकाई होता है। लेकिन सभी कार्बन परमाणु एक जैसे नहीं होते। कार्बन-12 में छह न्यूट्रॉन होते हैं। कार्बन-13 में सात और कार्बन-14 में आठ होते हैं। ये समस्थानिक हैं, एक ही तत्व के परमाणु जिनमें न्यूट्रॉनों की संख्या भिन्न-भिन्न होती है। परमाणु द्रव्यमान किसी तत्व के परमाणुओं का भारित औसत द्रव्यमान होता है, जिसमें प्रत्येक समस्थानिक की प्रचुरता को ध्यान में रखा जाता है।

परमाणु द्रव्यमान इकाई को कार्बन-12 परमाणु के द्रव्यमान के बारहवें भाग के रूप में परिभाषित किया जाता है। यह लगभग 1.66 गुना 10 की घात -27 किलोग्राम के बराबर होता है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन दोनों का द्रव्यमान लगभग 1 amu होता है। इलेक्ट्रॉन बहुत हल्के होते हैं, लगभग प्रोटॉन के 1/1836 भाग के बराबर। किसी तत्व का परमाणु द्रव्यमान आमतौर पर उसके सबसे प्रचुर मात्रा में पाए जाने वाले समस्थानिक के द्रव्यमान संख्या के लगभग बराबर होता है, लेकिन बंधन ऊर्जा से उत्पन्न द्रव्यमान अंतर के कारण यह बिल्कुल सटीक नहीं होता।

रसायन विज्ञान में परमाणु द्रव्यमान का बहुत महत्व है। इसका उपयोग मोलर द्रव्यमान की गणना के लिए किया जाता है, जो किसी पदार्थ के एक मोल का द्रव्यमान होता है। किसी तत्व का मोलर द्रव्यमान (ग्राम प्रति मोल में) संख्यात्मक रूप से उसके परमाणु द्रव्यमान (एएमयू में) के बराबर होता है। यह संबंध द्रव्यमान और मोल के बीच रूपांतरण को संभव बनाता है, जो स्टोइकियोमेट्री के लिए आवश्यक है।

आवर्त सारणी में परमाणु द्रव्यमान आमतौर पर दशमलव के रूप में दिए जाते हैं। दशमलव समस्थानिकों के भारित औसत को दर्शाता है। उदाहरण के लिए, क्लोरीन का परमाणु द्रव्यमान 35.45 है, क्योंकि यह क्लोरीन-35 और क्लोरीन-37 का मिश्रण है।