Cadimi nguồn gốc tự nhiên là hỗn hợp của 6 đồng vị ổn định. 27 đồng vị phóng xạ đã được phát hiện với ổn định nhất là Cd113 có chu kỳ bán rã là 7,7 triệu tỷ năm, Cd109 có chu kỳ bán rã 462,6 ngày, và Cd115 có chu kỳ bán rã 53,46 giờ. Tất cả các đồng vị phóng xạ còn lại có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 2,5 giờ và phần lớn trong chúng có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 5 phút. Nguyên tố này có 8 trạng thái đồng phân với ổn định nhất là Cd113m (t½ 14,1 năm), Cd115m (t½ 44,6 ngày) và Cd117m (t½ 3,36 giờ).

Các đồng vị cadimi có nguyên tử lượng từ 96,935 amu (Cd97) tới 129,934 amu (Cd130). Phương thức phóng xạ chủ yếu trước khi có đồng vị ổn định phổ biến thứ hai (Cd112) là bắt điện tử và phương thức chủ yếu sau khi có nó là bức xạ beta. Sản phẩm phân rã chủ yếu trước Cd112 là nguyên tố số 47 (Ag) và sản phẩm chủ yếu sau khi có Cd112 là nguyên tố 49 (indi).