Matemáticamente, para un núcleo con número atómico $Z$ y número másico $A$, la expresión del defecto de masa es:

Donde $m_p$ es la masa del protón, $m_n$ es la masa del neutrón y $M_{\text{nucleo}}$ es la masa del núcleo atómico. Esta diferencia de masa no desaparece, sino que se libera en forma de energía durante la formación del núcleo a partir de sus nucleones, de acuerdo con la ecuación de equivalencia masa-energía de Einstein:

Esta energía $E_b$ se denomina energía de enlace nuclear. Es la energía que se libera al formarse el núcleo o la energía necesaria para disgregarlo completamente en sus nucleones componentes.La estabilidad de un núcleo atómico no depende de la energía de enlace total, sino de la energía de enlace por nucleón, definida como el cociente entre la energía de enlace y el número total de nucleones ($A$):

Un núcleo será tanto más estable cuanto mayor sea su energía de enlace por nucleón, ya que esto indica que los nucleones están más fuertemente ligados. Los núcleos con mayor estabilidad son aquellos con números másicos intermedios, situados en el entorno del hierro ($\ce{^{56}Fe}$), donde la curva de energía de enlace por nucleón alcanza su valor máximo (aproximadamente $8,8 \text{ MeV/nucleón}$).