Zirconi nguồn gốc tự nhiên có 5 đồng vị. Zr90, Zr91, Zr92 là ổn định. Zr94 có chu kỳ bán rã 1,10×1017 năm. Zr96 có chu kỳ bán rã 2,4×1019 năm, là đồng vị tồn tại lâu dài nhất của zirconi. Trong số các đồng vị tự nhiên này thì Zr90 là phổ biến nhất, chiếm trên 51,45% khối lượng zirconi. Zr96 là ít phổ biến nhất, chỉ chiếm 2,80% zirconi.[29]

28 đồng vị nhân tạo của zirconi cũng đã được tổng hợp, có khối lượng nguyên tử từ 78 tới 110. Zr93 là đồng vị nhân tạo tồn tại lâu nhất, có chu kỳ bán rã 1,53×106 năm. Zrr110, đồng vị nhân tạo nặng nhất của zirconi, cũng là đồng vị tồn tại ngắn nhất, với chu kỳ bán rã chỉ là 30 miligiây. Các đồng vị phóng xạ với khối lượng nguyên tử từ 93 trở lên phân rã theo β-, trong khi các đồng vị có khối lượng từ 89 trở xuống phân rã theo β+. Ngoại lệ duy nhất là Zr88, phân rã theo kiểu ε.[29]

Zirconi cũng có 6 đồng phân hạt nhân, Zr83m, Zr85m, Zr89m, Zr90m1, Zr90m2, Zr91m. Trong số này thì Zr90m2 có chu kỳ bán rã ngắn nhất, chỉ 131 nanogiây còn Zr89m là tồn tại lâu nhất với chu kỳ bán rã 4,161 phút.[29]