Hydro có 3 đồng vị tự nhiên gồm 1H, 2H và 3H. Các đồng vị khác có hạt nhân không bền (4H đến 7H) được tổng hợp trong phòng thí nghiệm nhưng không quan sát được trong tự nhiên.[15][16]

Hydro là nguyên tố duy nhất có các tên gọi khác nhau cho các đồng vị của nó. (Trong giai đoạn đầu của nghiên cứu phóng xạ, các đồng vị phóng xạ nặng khác nhau cũng được đặt tên, nhưng các tên gọi này không được sử dụng, mặc dù một nguyên tố, radon, có tên gọi mà nguyên thủy được dùng chỉ cho một đồng vị của nó). Các ký hiệu D và T (thay vì H2 và H3) đôi khi được sử dụng để chỉ đơteri và triti, mặc dù điều này không được chính thức phê chuẩn. Ký hiệu P đã được sử dụng cho photpho và không thể sử dụng để chỉ proti.

• 1H: Đồng vị phổ biến nhất của hydro chiếm hơn 99,98%, đồng vị ổn định này có hạt nhân chỉ chứa duy nhất một proton; vì thế trong miêu tả (mặc dù ít) gọi là proti.[17]
• 2H: Đồng vị ổn định có tên là deuteri, với thêm một neutron trong hạt nhân. Nó chiếm khoảng 0,0184-0,0082% của toàn bộ hydro (IUPAC); tỷ lệ của nó tới proti được xác định liên quan với nước tham chiếu tiêu chuẩn của VSMOW. Deuteri không có tính phóng xạ, và không thể hiện độc tính. Nước được làm giàu chứa deuteri thay vì hydro thông thường được gọi là nước nặng. Deuteri và các hợp chất của nó được dùng làm nhãn hiệu không phóng xạ trong các thí nghiệm hóa học và trong các dung môi dùng 1H-quang phổ NMR.[18] Nước nặng được dùng làm chất điều hòa neutron và chất làm lạnh trong các lò phản ứng hạt nhân. Deuteri cũng có thể là nhiên liệu tiềm năng trong các phản ứng tổng hợp hạt nhân thương mại.[19]
• 3H: Đồng vị phóng xạ tự nhiên có tên là triti. Hạt nhân của nó có hai neutron và một proton. Nó phân rã theo phóng xạ beta và chu kỳ bán rã là 12,32 năm.[20] Do có tính phóng xạ nên nó có thể được dùng trong sơn phản quang, như trong các loại đồng hồ. Tấm thủy tinh ngăn chặn một lượng nhỏ phóng xạ thoát ra ngoài.[21] Một lượng nhỏ triti có mặt trong tự nhiên do sự phản ứng giữa các tia vũ trụ với các khí trong khí quyển; triti cũng được giải phóng trong các thử nghiệm vũ khí hạt nhân.[22] Nó được dùng trong các phản ứng tổng hợp hạt nhân,[23] ở dạng vết trong địa hóa đồng vị,[24] và đặc biệt trong các thiết bị tự phát sáng.[25] Triti cũng được dùng trong các thí nghiệm ghi nhãn hóa học và sinh học.[26]Triti cũng có thể thay thế hydro trong nước giống như deuteri và tạo ra nước siêu nặng.
• 4H: Hydro-4 được tổng hợp khi bắn phá triti bằng hạt nhân đơteri chuyển động cực nhanh. Nó phân rã tạo ra bức xạ neutron và có chu kỳ bán rã 9,93696x10−23 giây.
• 5H: Năm 2001 các nhà khoa học phát hiện ra hydro-5 bằng cách bắn phá hydro bằng các ion nặng. Nó phân rã tạo ra bức xạ neutron và có chu kỳ bán rã 8,01930x10−23 giây.
• 6H: Hydro-6 phân rã tạo ra ba bức xạ neutron và có chu kỳ bán rã 3,26500x10−22 giây.
• 7H: Năm 2003 hydro-7 đã được tạo ra tại phòng thí nghiệm RIKEN ở Nhật Bản[27] bằng cách cho va chạm dòng các nguyên tử heli-8 năng lượng cao với mục tiêu hydro lạnh và phát hiện ra các triton - hạt nhân của nguyên tử triti - và các neutron từ sự phá vỡ của hydro-7, giống như phương pháp sử dụng để sản xuất và phát hiện hydro-5.