同位素的質量非常小。例如，\(1\) 個 \(\ce{^{16}_{8}{O}}\) 原子的質量約是 \(2.678 \times 10^{−26} \text{ kg}\)，\(1\) 個 \(\ce{^{56}_{26}{Fe}}\) 原子的質量約是 \(9.373 \times 10^{−26} \text{ kg}\)。書寫、記憶和使用這樣小的數字極其不便。
在這種情況下，科學家選擇具有 \(6\) 個質子和 \(6\) 個中子的 \(\ce{^{12}_{6}{C}}\) 原子作為基準，將它的相對質量定為 \(12.00\)。其它同位素的質量與這個標準相比所得的數值，便是該同位素的相對質量，稱為相對同位素質量 (relative isotopic mass)，符號是 \(I_r\)。由於相對同位素質量是一個相對的數值，因此它沒有單位。
同位素的相對質量和相對豐度，可用質譜進行精確測定。由於在 \(\ce{C}\text{-12}\) 基準下，質子和中子的相對質量都約等於 \(1.00\)，而電子的相對質量則近乎等於 \(0\)。因此，我們可以用同位素的質量數，來估算它的相對質量。
\[\text{相對同位素質量} \approx \text{質量數}\]| 原子 | 相對同位素質量 | 質量數 |
|---|---|---|
| \(\ce{Mg}\text{-24}\) | \(23.99\) | \(24\) |
| \(\ce{Mg}\text{-25}\) | \(24.99\) | \(25\) |
| \(\ce{Mg}\text{-26}\) | \(25.99\) | \(26\) |