Bir karbon atomunun altı protonu ve altı nötronu vardır. Kütlesi yaklaşık 12 atomik kütle birimidir. Ancak tüm karbon atomları aynı değildir. Karbon-12'nin altı nötronu vardır. Karbon-13'ün yedi, Karbon-14'ün ise sekiz nötronu vardır. Bunlar izotoplardır; aynı elementin farklı sayıda nötrona sahip atomlarıdır. Atom kütlesi, her bir izotopun bolluğunu dikkate alarak, bir elementin atomlarının ağırlıklı ortalama kütlesidir.

Atom kütle birimi, bir karbon-12 atomunun kütlesinin on ikide biri olarak tanımlanır. Yaklaşık olarak 1,66 x 10⁻²⁷ kilogramdır. Proton ve nötronların her birinin kütlesi 1 amu'ya yakındır. Elektronlar çok daha hafiftir, yaklaşık olarak bir protonun 1/1836'sı kadardır. Bir elementin atom kütlesi genellikle en bol bulunan izotopunun kütle numarasına yakındır, ancak bağlanma enerjisinden kaynaklanan kütle farkı nedeniyle tam olarak aynı değildir.

Kimyada atom kütlesi önemlidir. Bir maddenin bir molünün kütlesi olan molar kütleyi hesaplamak için kullanılır. Bir elementin gram/mol cinsinden molar kütlesi, atom kütlesine (amu cinsinden) sayısal olarak eşittir. Bu ilişki, kütle ve mol arasında dönüşüm yapmayı mümkün kılar ki bu da stokiyometri için çok önemlidir.

Periyodik tablo, atom kütlelerini genellikle ondalık sayılar olarak listeler. Ondalık sayı, izotopların ağırlıklı ortalamasını yansıtır. Örneğin, klorun atom kütlesi 35,45'tir, çünkü klor-35 ve klor-37'nin bir karışımıdır.