Di Alam Semesta hanya ada 81 unsur stabil . Satu atau lebih isotop dari masing-masing unsur ini tidak mengalami peluruhan radioaktif secara spontan. Tidak ada isotop stabil dari unsur-unsur yang melewati bismut pada tabel periodik, dan dua unsur di bagian pertama tabel, teknesium dan prometium, hanya ada sebagai isotop jenis radioaktif. Dua unsur lain, uranium dan thorium, yang hanya ada isotop radioaktifnya, sangat melimpah di Bumi karena waktu paruh beberapa isotopnya hampir sepanjang usia Bumi itu sendiri (sekitar 108 hingga 109 tahun).
Fakta bahwa jumlah unsur stabil terbatas dijelaskan jika kita ingat bahwa inti mengandung proton bermuatan positif. Ada gaya tolak menolak antara proton, mirip dengan gaya antar elektron. Kita dapat memvisualisasikan neutron hanya sebagai bahan yang memisahkan muatan positif. Ketika jumlah proton meningkat, jumlah neutron dari isotop yang paling umum dari setiap unsur tumbuh pada tingkat yang lebih tinggi. Di luar bismut, jumlah muatan positif yang ada dalam nukleus menjadi terlalu besar untuk menjaga stabilitas nukleus dan gaya tolak mendominasi.
Untuk lebih memahami nukleus, kita dapat merancang caral kuantum, atau juga disebut lapisan, darinya. Sama seperti Bohr memvisualisasikan elektron seperti yang ada pada tingkat kuantum, kita juga dapat memvisualisasikan kulit proton dan neutron, yang bersama-sama dikenal sebagai nukleon. Oleh karena itu, di dalam nukleus, proton dan neutron secara independen menempati tingkat energi yang sesuai dengan bilangan kuantum utama n. Namun, bilangan kuantum momentum sudut l, o terbatas seperti pada peluruhan elektron. Sebenarnya, untuk nukleon urutan pendudukannya dimulai dengan 1s, 1p, 2s, 1d, dst.
Setiap tingkat energi nuklir diatur oleh aturan bilangan kuantum magnetik yang sama dengan elektron, jadi ada satu tingkat s, tiga tingkat p, dan lima tingkat d. Kedua nukleon memiliki bilangan kuantum spin yang dapat berupa +1/2 atau -1/2.
Berdasarkan aturan ini kita akan menemukan bahwa, dalam kasus inti, tingkat kuantum terisi mengandung 2, 8, 20, 28, 50,82, dan 126 nukleon dari satu jenis. Dengan demikian, tingkat kuantum lengkap pertama sesuai dengan konfigurasi 1s2, berikutnya dengan konfigurasi 1s21p6 dan berikutnya dengan konfigurasi 1s2 1p6 1d10. Proton dan neutron menempati level ini secara independen. Kami menemukan bahwa, seperti tingkat kuantum elektron, tingkat nukleon yang terisi memberikan stabilitas tertentu pada nukleus. Misalnya, peluruhan semua unsur radioaktif di luar timbal menghasilkan pembentukan isotop timbal, yang semuanya memiliki 82 proton.
Pengaruh tingkat energi penuh dimanifestasikan dalam pola yang diamati antara isotop stabil. Jadi, misalnya, timah, dengan 50 proton, memiliki jumlah isotop stabil tertinggi (10). Demikian pula, ada tujuh unsur berbeda dengan isotop yang mengandung 82 neutron dan enam unsur berbeda dengan isotop yang mengandung 50 neutron.
Spin pairing, tidak seperti perilaku elektron, merupakan faktor penting dalam kasus nukleon. Faktanya, dari 273 inti stabil, hanya empat yang memiliki jumlah proton dan neutron ganjil. Unsur dengan jumlah proton genap cenderung memiliki banyak isotop stabil, sedangkan unsur dengan jumlah proton ganjil cenderung memiliki satu atau paling banyak dua isotop stabil. Jadi, misalnya, sesium (55 proton) hanya memiliki satu isotop stabil, sedangkan barium (56) memiliki tujuh. Technetium dan Promethium, satu-satunya unsur sebelum bismut yang ada secara eksklusif sebagai isotop radioaktif, keduanya memiliki jumlah proton yang ganjil.
Stabilitas yang lebih besar dari jumlah proton yang genap dalam inti dapat dikorelasikan dengan kelimpahan unsur-unsur yang sesuai di Bumi. Selain berkurangnya kelimpahan dengan meningkatnya nomor atom, kita melihat bahwa kelimpahan unsur-unsur dengan jumlah proton ganjil adalah sekitar sepersepuluh dari tetangganya yang bernomor genap.