各種元素依序座落在週期表上，每個格子代表的都是不同元素。照理說元素之間的差異就在於原子的組成成分，因此一種元素的原子只有一種組成，也就只有一種原子量。沒想到，後來科學家發現同一種元素竟會有不同的原子量，也就是元素還可細分成質子數相同、但中子數不同的同位素。
最先提出有同位素存在的是英國物理學家索迪(Frederick Soddy)。不過當時已知元素都在週期表各安其位，除了由於是按原子量的大小排列，以致有少數元素的化學性質略有不符，位置需作調整外，基本上週期表已經完善地呈現規律的自然法則，實在沒有理由再予推翻。因此反而是索迪的發現受到質疑，被認為他的實驗有問題。
後來是亞斯頓用質譜儀鑑定其他53種非放射性元素，結果發現了212種同位素，證明即使是穩定的元素也普遍存在同位素。他同時也一舉解決了長久以來的未解謎題：為什麼各元素的原子量並不是氫原子量的整數倍？其實各元素的同位素都是氫原子量的整數倍，只是依比例混合後的平均值就不是整數了。
有了亞斯頓的實驗結果，提出同位素理論的索迪隨即於1921年獲得諾貝爾化學獎；而第二年的諾貝爾化學獎便頒予亞斯頓，以表揚他發明質譜儀發現大量同位素，並闡述了原子量的「整數法則」。