El neodimi (Nd) natural es compon de 5 isòtops estables, el 142Nd, el 143Nd, el 145Nd, el 146Nd i el 148Nd, sent el 142Nd el més abundant amb una abundància natural del 27,2% ). El neodimi presenta dos radioisòtops, el 144Nd que presenta desintegració alfa i un període de semidesintegració de 2,29×1015 anys i el 150Nd que presenta i un T½ de 7×1018 anys. S'han caracteritzat 31 radioisòtops amb períodes de semidesintegraicó menors a 70 segons. Aquest element té 13 isòmers nuclears coneguts, els més estables dels quals són el 139mNd (T½ 5.,5 hores), el 135mNd (T½ 5,5 minuts) i el 133m1Nd (T½ ~70 segons).