同一種同位素的核性質不同的原子核。它們的質子數和中子數相同，結構方式不同，因而表現出不同的核性質。
核素概念最初是為瞭確切描述元素的原子量而引入的。最初的化學原子概念是元素原子，即同一種元素對應有同一種原子，因此某種元素的原子量被規定為該元素原子的相對品質。同位素的發現揭示出元素並不是化學性質和量完全相同的一類原子，同一種元素的原子其品質可以不同，因而元素原子量所反映的是各種同位素原子品質的平均值。原子物理學的研究進一步步表明，原子的質量主要是由構成原子核的質子和中子的數目決定的，而元素的化學性質隻同質子數有關。為瞭進一步區分元素的同位素，科學傢們引進瞭同位素的質數量，即質子數和中子數之和。從元素的化學性質看，不同的同位素在元素周期表上處於同一位置，故稱“同位素”，而從原子核的角度看，同位素又是同一種元素的質量不同的原子核，也稱為核素。這時，核素隻不過是同位素的別稱。後來發現地球上天然存在的和人工制造的原子核都有“同核異能態”的現象，即具有相同質子數和中子數的原子核所顯現出來的核性質，如衰變方式、半衰期、能量等等可以不同。同核異能態是原子核層次的“同分異構體”，“同分”是指相同數目的質子和中子，“異構”則表示它們構成原子核的方式不同。但同位素概念不足以反映這種“同分異構”現象。如果把核素概念定義為同一同位素的核性質不同的原子核，就可以概括核的同分異構現象。因此，核素也就成瞭表達核性質的獨立概念。
核素圖的起首部分
化學元素周期表不能表達核素的內容，這就需要有一個與核素概念相適應的表達方式，即核素圖（見圖）。在核素圖中，核素是按原子序數和質量數遞增的順序排列的。在這個意義上核素圖是周期表的進一步發展。它把質量數相同的核素按縱隊排列，從上到下的直列是同量異位的核素的隊伍；同位核素按質量數遞增的順序依次從左上向右下斜隊排列，是質子數相同的核素列；從左下至右上（或從右上至左下）是同中子異荷素，核素圖側重於描繪原子核的性質，如衰變方式、半衰期、熱中子反應截面、射線性質和能量等，而略去核子電子殼層結構。現代化學元素周期系理論和核外電子殼層結構理論是等價的，現代化學元素周期表如何進一步向超重元素發展，實質上是核素周期系理論所要回答的問題。建立在核子殼層結構模型基礎上的幻數核素理論，在一定程度上描述瞭核素的穩定性，從而初步揭示瞭原子核的內在規律性。然而幻數理論還遠不像電子殼層理論那樣完整、準確而令人信服，也就是說量子力學理論在核層次的應用還沒有成功，因此核素圖僅僅是探索核素周期性圖表形式的初步嘗試。
探索核素規律涉及基本粒子問題，可以把核素視為基本粒子集團，核素的穩定性主要取決於中子和原子的確定的結合方式。在人造核素過程中，各種基本粒子相互作用和轉化的奧秘遠沒有完全弄清楚。
元素已經失去其作為組成世界萬物基元的意義，現在人類的認識已進入到作為元素組分的基本粒子層次。在認識連接元素原子和基本粒子這個物質結構鏈條中，核素概念也許會起到特殊的作用。