Besi (₂₆Fe) yang terbentuk secara alami terdiri dari empat isotop stabil: ⁵⁴Fe sebesar 5,845% (kemungkinan bersifat radioaktif dengan waktu paruh lebih dari 4,4×10²⁰ tahun),^{[2] 56}Fe sebesar 91,754%, ⁵⁷Fe sebesar 2,119%, dan ⁵⁸Fe sebesar 0,286%. Ada 24 isotop radioaktif yang diketahui dengan waktu paruhnya tercantum di bawah ini, yang paling stabil adalah ⁶⁰Fe (waktu paruh 2,6 juta tahun) dan ⁵⁵Fe (waktu paruh 2,7 tahun).

Sebagian besar pekerjaan masa lalu pada pengukuran komposisi isotop Fe berpusat pada penentuan variasi ⁶⁰Fe karena proses yang menyertai nukleosintesis (yaitu, studi mengenai meteorit) dan pembentukan bijih. Namun dalam dekade terakhir, kemajuan teknologi spektrometri massa telah memungkinkan deteksi dan kuantifikasi dalam hitungan menit, variasi alami dalam rasio isotop stabil besi. Banyak dari pekerjaan ini telah didorong oleh komunitas ilmu kebumian dan keplanetan, meskipun aplikasi untuk sistem biologis dan industri mulai muncul.^[3]

1. ^ ^mFe – Isomer nuklir tereksitasi.
2. ^ ( ) – Ketidakpastian (1σ) diberikan dalam bentuk ringkas dalam tanda kurung setelah digit terakhir yang sesuai.
3. ^ # – Massa atom bertanda #: nilai dan ketidakpastian yang diperoleh bukan dari data eksperimen murni, tetapi setidaknya sebagian dari tren dari Permukaan Massa (trends from the Mass Surface, TMS).
4. ^ ^{a b} # – Nilai yang ditandai # tidak murni berasal dari data eksperimen, tetapi setidaknya sebagian dari tren nuklida tetangga (trends of neighboring nuclides, TNN).
5. ^ Mode peluruhan:

   EC:	Penangkapan elektron
   IT:	Transisi isomerik
   n:	Emisi neutron
   p:	Emisi proton

6. ^ Simbol tebal sebagai anak – Produk anak stabil.
7. ^ ( ) nilai spin – Menunjukkan spin dengan argumen penempatan yang lemah.
8. ^ Diyakini meluruh melalui β⁺β⁺ menjadi ⁵⁴Cr dengan waktu paruh lebih dari 4,4×10²⁰ a^[2]
9. ^ Massa per nukleon terendah dari semua nuklida; Produk akhir nukleosintesis bintang

• Massa atom nuklida stabil (⁵⁴Fe, ⁵⁶Fe, ⁵⁷Fe, dan ⁵⁸Fe) diberikan oleh evaluasi massa atom AME2012. Satu kesalahan standar deviasi diberikan dalam tanda kurung setelah digit terakhir yang sesuai.^[4]

Besi-54 terlihat stabil secara pengamatan, tetapi secara teoritis dapat meluruh menjadi ⁵⁴Cr, dengan waktu paruh lebih dari 4,4×10²⁰ tahun melalui penangkapan elektron ganda (εε).^[2]

Besi-56 adalah isotop dengan massa per nukleon terendah, yaitu 930,412 MeV/c², meskipun bukan merupakan isotop dengan energi pengikatan inti per nukleon tertinggi, yaitu ⁶²Ni.^[5] Namun, karena rincian cara nukleosintesis bekerja, ⁵⁶Fe adalah titik akhir yang lebih umum dari rantai fusi di dalam bintang yang sangat masif dan karena itu lebih umum di alam semesta, dibandingkan dengan logam lain, termasuk ⁶²Ni, ⁵⁸Fe dan ⁶⁰Ni, yang semuanya memiliki energi pengikatan yang sangat tinggi.

Besi-57 banyak digunakan dalam spektroskopi Mössbauer dan spektroskopi getaran resonansi inti yang terkait karena variasi energi alami yang rendah dari transisi nuklir sebesar 14,4 keV.^[6] Transisi itu terkenal karena digunakan untuk membuat pengukuran definitif pertama mengenai pergeseran merah gravitasional dalam eksperimen Pound-Rebka di tahun 1960.^[7]

Besi-60 adalah sebuah isotop besi dengan waktu paruh 2,6 juta tahun,^[8][9] tetapi diperkirakan sampai tahun 2009 memiliki waktu paruh 1,5 juta tahun. Ia mengalami peluruhan beta menjadi ⁶⁰Co, yang kemudian meluruh dengan waktu paruh sekitar 5 tahun menjadi ⁶⁰Ni yang stabil. Jejak ⁶⁰Fe telah ditemukan dalam beberapa sampel bulan.

Dalam fase meteorit Semarkona dan Chervony Kut, korelasi antara konsentrasi ⁶⁰Ni, isotop cucu dari ⁶⁰Fe, dan kelimpahan isotop besi yang stabil dapat ditemukan, yang merupakan bukti keberadaan ⁶⁰Fe pada saat pembentukan sistem Tata Surya. Kemungkinan energi yang dilepaskan oleh peluruhan ⁶⁰Fe turut berkontribusi, bersama dengan energi yang dilepaskan oleh peluruhan radionuklida ²⁶Al, pada peleburan kembali dan diferensiasi asteroid setelah pembentukannya 4,6 miliar tahun yang lalu. Kelimpahan ⁶⁰Ni yang ada dalam materi luar angkasa juga dapat memberikan wawasan lebih lanjut tentang asal usul Tata Surya dan sejarah awalnya.

⁶⁰Fe yang ditemukan dalam fosil bakteri di sedimen dasar laut menunjukkan adanya supernova di sekitar Tata Surya sekitar 2 juta tahun yang lalu.^{[10][11] 60}Fe juga ditemukan dalam sedimen dari 8 juta tahun yang lalu.^[12]

Pada tahun 2019, para peneliti menemukan ⁶⁰Fe antarbintang di Antarktika, yang mereka hubungkan dengan Awan Antarbintang Lokal.^[13]

• Massa isotop dari:
  • Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties", Nuclear Physics A, 729: 3–128, Bibcode:2003NuPhA.729....3A, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 
• Komposisi isotop dan massa atom standar dari:
  • de Laeter, John Robert; Böhlke, John Karl; De Bièvre, Paul; Hidaka, Hiroshi; Peiser, H. Steffen; Rosman, Kevin J. R.; Taylor, Philip D. P. (2003). "Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 75 (6): 683–800. doi:10.1351/pac200375060683 . 
  • Wieser, Michael E. (2006). "Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 78 (11): 2051–2066. doi:10.1351/pac200678112051 . 
• "News & Notices: Standard Atomic Weights Revised". International Union of Pure and Applied Chemistry. 19 Oktober 2005. 
• Data waktu paruh, spin, dan isomer dipilih dari sumber-sumber berikut.
  • Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties", Nuclear Physics A, 729: 3–128, Bibcode:2003NuPhA.729....3A, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 
  • National Nuclear Data Center. "NuDat 2.x database". Laboratorium Nasional Brookhaven. 
  • Holden, Norman E. (2004). "11. Table of the Isotopes". Dalam Lide, David R. CRC Handbook of Chemistry and Physics (edisi ke-85). Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 978-0-8493-0485-9. 

• J. M. Nielsen (1960). The Radiochemistry of Iron (PDF). Akademi Sains Nasional/Dewan Riset Nasional.