ไอโซโทปเสถียร (อังกฤษ: stable isotope) คือ ไอโซโทปของธาตุที่ไม่มีการสลายต่อไป ธาตุหนึ่งอาจมีทั้งที่ไม่เสถียรคือมีการสลายต่อไป ที่เรียกว่า ไอโซโทปกัมมันตรังสี (radioisotopes) และไอโซโทปเสถียร เช่น ไอโซโทปของตะกั่วมี 5 ชนิด ซึ่งแบ่งออกเป็น ไอโซโทปกัมมันตรังสี 2 ชนิด คือ ตะกั่ว -210 และตะกั่ว -214 และไอโซโทปเสถียร 3 ชนิด คือ ตะกั่ว -206 ตะกั่ว -207 และตะกั่ว -208 สำหรับธาตุบางธาตุอาจมีไอโซโทปกัมมันตรังสีก็ได้
เมื่อพิจารณาอนุกรมการสลายของธาตุกัมมันตรังสีจะพบว่ามีนิวเคลียสบางกลุ่ม ที่มีเลขอะตอมเท่ากัน แต่มีเลขมวลต่างกัน เช่น กลุ่มของยูเรเนียม ซึ่งประกอบด้วยยูเรเนียม -234 ยูเรเนียม -235 และยูเรเนียม -238 นิวเคลียสต่างๆ ในกลุ่มนี้มีเลขอะตอมเท่ากัน คือ 92 แต่มีเลขมวลต่างกัน นั่นคือ นิวเคลียสเหล่านี้มีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่จำนวนนิวตรอนต่างกัน เราเรียกนิวเคลียสที่มีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกันนี้ว่า เป็น ไอโซโทป (isotopes) ของธาตุเดียวกัน
เนื่องจากไอโซโทปของธาตุเดียวกันมีเลขอะตอมเท่ากันแต่เลขมวลต่างกัน จึงมีสมบัติทางเคมีเหมือนกัน แต่สมบัติทางกายภาพต่างกัน ดังนั้นการวิเคราะห์ไอโซโทปของธาตุชนิดหนึ่ง จึงไม่สามารถกระทำได้โดยอาศัยปฏิกิริยาเคมี แต่ด้วยเหตุที่ไอโซโทปเหล่านี้มีสมบัติทางกายภาพต่างกัน เช่น มีมวลต่างกัน การวิเคราะห์ไอโซโทปเหล่านี้ จึงทำได้โดยจำแนกมวล เพราะเหตุว่ามวลของไอโซโทปของธาตุชนิดเดียวกันจะแตกต่างกันน้อยมาก ดังนั้นการวิเคราะห์ ไอโซโทปจึงต้องใช้เครื่องมือ ที่วัดมวลได้ละเอียดมาก เครื่องมือประเภทนี้ได้แก่ แมสสเปกโทรมิเตอร์ (mass spectrometer)
