炭素原子は陽子6個と中性子6個から構成されています。その質量は約12原子質量単位です。しかし、すべての炭素原子が同じというわけではありません。炭素12は中性子を6個、炭素13は7個、炭素14は8個持っています。これらは同位体、つまり同じ元素でありながら中性子の数が異なる原子です。原子質量とは、各同位体の存在比を考慮した、元素の原子の加重平均質量のことです。

原子質量単位は、炭素12原子の質量の12分の1と定義されています。これは約1.66×10⁻²⁷キログラムです。陽子と中性子の質量はそれぞれ約1 amuです。電子ははるかに軽く、陽子の約1/1836です。元素の原子質量は通常、その最も豊富な同位体の質量数に近いですが、結合エネルギーによる質量欠損のため、完全に一致するわけではありません。

化学において原子質量は重要です。原子質量は、物質1モルの質量であるモル質量を計算するために用いられます。元素のモル質量（グラム/モル）は、その元素の原子質量（原子質量単位）と数値的に等しくなります。この関係により、質量とモル間の変換が可能となり、これは化学量論において不可欠です。

周期表には原子量が、通常は小数で示されています。この小数は、同位体の加重平均を表しています。例えば、塩素の原子量は35.45ですが、これは塩素が塩素35と塩素37の混合物であるためです。