碘（I，原子量：126.90447(3)）有37种已知同位素，其中只有碘-127是稳定同位素，其他都具有放射性，因此碘是一种单一同位素元素。天然存在的碘元素中含有两种同位素，主要为127
I，以及痕量的129
I。
除了碘-127之外，其余皆为碘的放射性同位素。在碘的放射性同位素中，寿命最长的是碘-129，半衰期长达1570万年，但仍然远低于原生放射性同位素。自然界中存在痕量的碘-129，但基于宇宙射线生成的碘-129也十分微少，甚至不足以影响原子量的测定，这也使碘因此成为单一同位素元素的原因——在自然界中仅能找到一种稳定的同位素。大部分在地球上存在的碘-129几乎都是人为放射性，主要是因为碘-129是早期核试验以及核事故的一个不须要的长寿命产物。
除了碘-129之外，其余的碘放射性同位素半衰期都低于60天，其中有四种同位素在医学上用于示踪剂和治疗剂，包括 123
I、 124
I、 125
I和 131
I ，工业上生产的放射性碘一般也只会包含这四种有用的同位素。
碘-129是碘的放射性同位素之一，半衰期为1.57×107年，会经由贝他衰变，衰变成氙-129，是一种已灭绝的天然放射性同位素。
陨石中过剩的氙-129显示了其来源很可能是从太阳系形成之前由超新星爆炸所产生的尘埃及气体中的碘-129衰变产生的，因此碘-129也可以算是一种原生核素，但由于太阳系寿命已接近50亿年，而半衰期只有1570万年的碘-129早已衰变殆尽、所剩无几，因此称为已灭绝的天然放射性同位素。但碘-129在自然界中仍可以由其他方式产生，如可以从天然铀发生自发裂变产生，或者大气中的氙受宇宙射线散裂产生。
在这些同位素中，只有两个常用于医学中：碘-123以及碘-131。由于碘-131衰变时同时会释放β和γ两种射线，因此可以用于放射治疗或成像。关于放射成像的部分，由于碘-123衰变时不会释放β粒子，因此更适合用来成像（例如，使用含碘造影的CT扫描）因为对患者损害较小。另外也有一些需要使用碘-124、碘-125来进行治疗的案例。
由于碘被甲状腺优先摄取，放射性碘广泛用于成像，但在I-131的情况下，有可能会破坏甲状腺组织使其功能失调。
碘-131是碘的一种放射性同位素，原子核内有78个中子，比碘的稳定同位素原子核的中子数多4个，但衰期约只有8天，会经由贝他衰变而衰变成稳定的氙-131，但有部分的碘-131会先衰变成不稳定的激发态氙-131核：氙-131m（激发能量163.930(8)keV），经过约11天的半衰期才经过核异构转变及伽玛衰变才衰变成稳定的氙-131，过程放出高能量的伽玛射线，由于摄入人体后，碘-131会积聚在甲状腺中，因此会对人体造成伤害。
碘-131是人工核裂变产物，正常情况下不会存在于自然界中。
在自然界中只存在碘-127，以及痕量的碘-129，含有其他碘的同位素的化合物一般都是由人工合成做为追踪、标记或放射治疗的药品。例如碘-123非他胺（英语：Iofetamine_(123I)）（系统命名：1--N-异丙基-2-丙胺）是一种用于脑血灌注成像单光子发射断层摄影（SPECT）的放射性脂质水溶性胺药物。
备注：画上#号的数据代表没有经过实验的证明，只是理论推测而已，而用括号括起来的代表数据不确定性。
