Niobi nguồn gốc tự nhiên chỉ bao gồm 1 đồng vị ổn định (Nb93). Các đồng vị phóng xạ ổn định nhất có Nb92 với chu kỳ bán rã 34,7 triệu năm, Nb94 (20.300 năm), Nb91(680 năm). Nb93 có dạng đồng phân hạt nhân (Nb93m) với đường năng lượng gama ở 31 keV và chu kỳ bán rã 16,13 năm. Hai mươi ba đồng vị phóng xạ khác cũng đã được nêu đặc trưng. Phần lớn trong số này có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 2 giờ, ngoại trừ Nb95 (35 ngày), Nb96 (23,4 giờ) và Nb90 (14,6 giờ). Phương thức phân rã chủ yếu của các đồng vị nhẹ hơn Nb93 là bắt điện tử còn phương thức phân rã chủ yếu của các đồng vị nặng hơn Nb93 là bức xạ beta với một số bức xạ nơtron diễn ra trong phương thức đầu tiên của hai phương thức phân rã đối với Nb104, Nb109 và Nb110.

Chỉ có Nb95 (35 ngày) và Nb97 (72 phút) và các đồng vị nặng (chu kỳ bán rã chỉ tính bằng giây) là các sản phẩm phân hạch với lượng đáng kể, do các đồng vị khác bị lu mờ bởi các đồng vị rất ổn định hay chu kỳ bán rã rất dài (như Zr93) của nguyên tố zirconi đứng ngay trước nó từ sản phẩm sinh ra thông qua phân rã beta của các mảnh phân rã giàu nơtron. Nb95 là sản phẩm phân rã của Zr95 (64 ngày), vì thế sự biến mất của Nb95 trong nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng là chậm hơn so với có thể dự kiến từ chu kỳ bán rã 35 ngày của chính nó. Các lượng nhỏ của các đồng vị khác cũng có thể sinh ra như là các sản phẩm phân hạch trực tiếp.