Nguyên tử khối và khối lượng đồng vị tương đối đôi khi bị nhầm lẫn hoặc dùng thay cho khối lượng nguyên tử chuẩn và khối lượng nguyên tử tương đối. Tuy nhiên, khối lượng nguyên tử tương đối và khối lượng nguyên tử chuẩn biểu diễn giá trị trung bình (có trọng số chỉ số lượng) của các nguyên tử có trong mẫu nguyên tố, không phải của nuclit đơn lẻ. Vì thế, khối lượng nguyên tử tương đối và khối lượng nguyên tử chuẩn thường có giá trị khác Nguyên tử khối và khối lượng đồng vị tương đối, và chúng cũng có thể có đơn vị khác nguyên tử khối.

Nguyên tử khối (hay khối lượng đồng vị tương đối) được định nghĩa là khối lượng của một nguyên tử duy nhất, tức chỉ có thể là một đồng vị (nuclit), chứ không phải là giá trị trung bình như khối lượng nguyên tử tương đối và khối lượng nguyên tử chuẩn. Vì thế, trong lý thuyết, nguyên tử khối hay khối lượng đồng vị tương đối của mỗi đồng vị hay nuclit của một nguyên tố hóa học có thể được đo đạc rất chính xác, vì mỗi mẫu nuclit sẽ giống hoàn toàn những mẫu khác có cùng trạng thái năng lượng. Ví dụ, mỗi nguyên tử oxi-16 sẽ có nguyên tử khối (hay khối lượng đồng vị tương đối) bằng với tất cả nguyên tử oxi-16.

Trong trường hợp các nguyên tố chỉ có một đồng vị trong tự nhiên (các nguyên tố đơn nuclit) hoặc một đồng vị chủ yếu, sự chênh lệch giữa nguyên tử khối của đồng vị phổ biến nhất và khối lượng nguyên tử tương đối (hay chuẩn) có thể rất nhỏ hoặc bằng không, và không ảnh hưởng đến phần lớn tính toán. Tuy nhiên, có thể tồn tại sai lệch và đôi khi cần phải xét từng nguyên tử đơn lẻ của những nguyên tố mà không phải đơn nuclit.

Với các nguyên tố có nhiều hơn một đồng vị phổ biến, sự chênh lệch giữa khối lượng nguyên tử tương đối và khối lượng đồng vị tương đối của đồng vị phổ biến nhất, có thể lên đến hơn 0.5 đơn vị (như trường hợp của clo với khối lượng nguyên tử chuẩn và khối lượng nguyên tử tương đối vào khoảng 35.45). Nguyên tử khối (khối lượng đồng vị tương đối) của một đồng vị hiếm có thể chênh lệch với khối lượng nguyên tử chuẩn hoặc khối lượng nguyên tử tương đối đến vài đơn vị khối lượng.

Nguyên tử khối tính theo đơn vị cacbon (có giá trị bằng khối lượng nguyên tử chuẩn) luôn gần bằng một số nguyên nhưng không bao giờ có giá trị nguyên (trừ cacbon-12) vì hai lý do chính:

• proton và neutron có khối lượng khác nhau, và những nuclit khác nhau có tỉ lệ proton và neutron khác nhau.
• nguyên tử khối bị giảm đến một mức nào đó, do năng lượng liên kết hạt nhẩn.

Tỉ lệ giữa nguyên tử khối và số khối (số hạt trong nhân) nằm trong khoảng từ 0.99884 với 56Fe và 1.00782505 với 1H.

Bất kì sự hao hụt khối lượng nào do năng lượng liên kết hạt nhân chỉ chiếm một phần nhỏ (bé hơn 1%) so với tổng khối lượng các nucleon tự do. So với khối lượng trung bình của mỗi nucleon trong cacbon-12, là một nguyên tử có liên kết tương đối mạnh, hao hụt khối lượng chỉ là một phần nhỏ của một đơn vị cacbon. Do proton và neutron tự do có khối lượng khác nhau rất ít (khoảng 0.0014 u), làm tròn khối lượng đồng vị tương đối, hoặc nguyên tử khối của bất kỳ nuclit nào (tính theo đơn vị cacbon) luôn cho ta số hạt trong nhân, hay số khối. Thêm vào đó, số neutron có thể được tính bằng cách trừ số khối cho số proton (số hiệu nguyên tử) có trong hạt nhân.