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天然の窒素（7N）は2つの安定同位体から構成されており、天然に存在する窒素の大部分（99.62%）は窒素14で、残りの（0.38%）は窒素15です。また、原子量が9から23までの13の放射性同位体と3つの核異性体も知られています。これらの放射性同位体はすべて寿命が短く、最も寿命が長いのは半減期9.965分の13Nです。他のすべての同位体の半減期は10秒未満です。安定同位体よりも軽い同位体は一般的に炭素の同位体に崩壊し、重い同位体はベータ崩壊して酸素の同位体に崩壊します。
窒素13は陽電子放出核種であり、医療用PETスキャンで使用される主要な同位体の1つである。
窒素13（13N）の半減期は10分弱です。これは、ガンマ線（例えば雷からの）が窒素14から中性子をはじき出すことによって大気中で生成されます。[ 8 ]
13Nは13Cに崩壊し、陽電子を放出する。陽電子はすぐに電子と対消滅し、約2つのガンマ線を生成する。511 keV。落雷後、このガンマ線は半減期10 分で減衰しますが、これらの低エネルギーガンマ線は平均して空気中を約90メートルしか進まないため、13Nと15Oの「雲」が風に乗って漂う間、1分程度しか検出されない可能性があります。[ 9 ]
窒素13は、太陽質量の1.5倍以上の質量を持つ主系列星における主要なエネルギー源であるCNOサイクルにおいて重要な役割を果たしている。[ 10 ]
窒素13は、陽電子放出断層撮影（PET）において、例えば心筋灌流イメージングなどの目的で、 13N標識アンモニアの形で使用されます。これは、微量のエタノールを含む純水をターゲットとする医療用サイクロトロンで生成できます。反応物は酸素16（H2Oとして存在）と陽子で、生成物は窒素13とアルファ粒子（ヘリウム4）です。
この吸熱反応では、陽子は5.66 MeVを超える全エネルギーを持つように加速されなければならない。 [ 11 ]エタノールの存在により、窒素 13 が生成され、アンモニアが形成される。13N 標識アンモニアを生成する他の経路も存在し、その一部は診断イメージング用の他の軽放射性核種の同時生成を促進する。[ 12 ] [ 13 ]
窒素14は天然の窒素の大部分（約99.62%）を占め、地球の安定した大気を維持する役割を担っている。
窒素14は、陽子と中性子の数が両方とも奇数（それぞれ7個）である数少ない安定核種の1つであり、その元素の大部分を占める唯一の核種です。不対の陽子または中性子は半整数の核スピンに寄与し、この場合はスピン1/2の軌道となり、原子核の磁気スピンの合計は1になります（スピンは整列することを好むため）。
宇宙における窒素14と窒素15の起源は恒星核合成であると考えられており、これらはCNOサイクルの一部として生成される。
窒素14は、自然界に存在する放射性炭素14の源です。ある種の宇宙放射線は、地球の上層大気で窒素14と核反応を起こし、炭素14を生成します。炭素14は半減期で窒素14に崩壊します。5700 年。
窒素15は窒素の希少な安定同位体で、約0.38%を占める。窒素15は、すべての同位体の中で最も低い熱中性子捕獲断面積の1つを示す。[ 14 ]
窒素15はNMR（窒素15 NMR分光法）で頻繁に使用されます。より豊富に存在する窒素14は整数の核スピンを持ち、四重極モーメントを持ちますが、窒素15は1/2の分数核スピンを持ち、線幅が狭くなるなどNMRにおいて利点があります。ほとんどの窒素NMR研究は有機分子中の単一の窒素原子を対象としているため、同位体標識が可能です。
窒素15トレーシングは、窒素循環を研究するために用いられる手法である。
放射性同位体16Nは、通常運転時の水冷式原子炉の冷却水中の主要な放射能源です。これは、 16O (水中)から(n,p) 反応によって生成され、この反応では16O原子が中性子を捕獲し、陽子を放出します。半減期は 7.13 秒と短いですが、16Oへの崩壊時に高エネルギーのガンマ線(6.13 MeV 主線[ 15 ] ) を放出します。[ 16 ]このため、加圧水型原子炉の一次冷却配管へのアクセスは、原子炉運転中は制限する必要があります。[ 16 ]これは、一次冷却系から二次蒸気サイクルへの漏洩を敏感かつ即座に示す指標であり、このような漏洩を検出する主要な手段です。[ 16 ]