Cuando se mide la masa de un núcleo atómico, se comprueba que es siempre menor que la suma de las masas de los nucleones (protones y neutrones) que lo forman si estuvieran libres y separados. A esta diferencia se le denomina defecto de masa ($\Delta m$):

donde $Z$ es el número de protones, $N$ es el número de neutrones, $m_p$ es la masa del protón, $m_n$ es la masa del neutrón y $m_{\text{núcleo}}$ es la masa real del núcleo. El defecto de masa siempre es positivo ($\Delta m > 0$).

La energía de enlace ($E_b$) de un núcleo es la energía necesaria para separar completamente todos sus nucleones, es decir, para deshacer el núcleo en sus componentes libres. Equivalentemente, es la energía liberada cuando los nucleones libres se unen para formar el núcleo.

Ambas magnitudes están relacionadas mediante la equivalencia masa-energía de Einstein. La masa que "desaparece" al formarse el núcleo se convierte en la energía que mantiene unidos a los nucleones (energía de enlace):

donde $c = 3 \times 10^8 \ \text{m/s}$ es la velocidad de la luz en el vacío. Cuanto mayor es el defecto de masa, mayor es la energía de enlace y, por tanto, más estable es el núcleo. A menudo se trabaja con la energía de enlace por nucleón ($E_b / A$, siendo $A = Z + N$ el número másico) como medida de la estabilidad nuclear.