Đơn vị chuẩn được dùng trong khoa học để đo lượng chất là mol (ký hiệu: mol), được định nghĩa xấp xỉ là lượng chất chứa số nguyên tử hoặc phân tử bằng số nguyên tử có trong 12 gam cacbon-12. Số nguyên tử có trong một mol chất gọi là số Avogadro, có giá trị khoảng 6.022 × 1023.

Một mol chất luôn có khối lượng gần bằng khối lượng nguyên tử chuẩn hoặc khối lượng mol của chất đó; tuy nhiên, điều này không nhất thiết đúng với nguyên tử khối tùy thuộc vào số đồng vị của nguyên tố đó tồn tại trong tự nhiên. Ví dụ, khối lượng nguyên tử chuẩn của sắt là 55.847 g/mol, vậy nên một mol sắt phổ biến trên Trái Đất có khối lượng là 55.847 grams. Nguyên tử khối của đồng vị 56Fe là 55.935 u và một mol nguyên tử 56Fe sẽ có khối lượng 55.935 g, nhưng lượng 56Fe nguyên chất như thế chưa từng được tìm thấy (hay tạo ra) trên Trái Đất. Tuy nhiên, có 22 nguyên tố đơn nuclit chỉ có một đồng vị được tìm thấy trong tự nhiên (như flo, natri, nhôm và photpho) và với những nguyên tố này, khối lượng nguyên tử chuẩn và nguyên tử khối có giá trị bằng nhau. Do đó, các mẫu thử của những nguyên tố này có thể dùng làm chuẩn tham chiếu cho một số giá trị nguyên tử khối nhất định.

Công thức để chuyển đổi giữa đơn vị khối lượng nguyên tử và gam dùng trong hệ SI cho một nguyên tử là:

1   u = 1   g / m o l N A {\displaystyle 1\ {\rm {u}}={{1\ {\rm {g/mol}}} \over N_{\rm {A}}}}

trong đó N A {\displaystyle N_{\rm {A}}} và hằng số Avogadro.