Ксенон који се природно јавља (54Xe) састоји се од седам стабилнихизотопа и два врло дуго-живућа изотопа. Запажено је двоструко хватање електрона код 124Xe (полуживот 1,8 ± 0,5 (стат) ± 0,1 (сис) ×1022 година)[1]] и двоструко бета распадање у 136Xе (полуживот 2,165 ± 0,016 (стат) ± 0,095 (сис ) ×1021 година),[2] који спадају у најдуже мерене полуживоте свих нуклида. Очекивало се да ће изотопи 126Xe и 134Xe такође бити подвргнути двоструком бета распаду, [4] али то код ових изотопа никада није примећено, па се сматрају стабилним.[5][6] Ксенон има други највећи број стабилних изотопа. Само калај, са 10 стабилних изотопа, има више.[7] Поред ових стабилних облика, проучена су 32 вештачка нестабилна изотопа и различити изомери, најдужи век од којих има 127Xe, са полуживотом од 36,345 дана. Сви остали изотопи имају полуживот краћи од 12 дана, већина мање од 20 сати. Најкраће живећи изотоп, 108Xе,[8] има полуживот од 58 µs и најтежи је познати нуклид са једнаким бројем протона и неутрона. Од познатих изомера, најдуже живећи је 131мXе, са полуживотом од 11,934 дана. 129Xе је произведен бета распадом од 129I (полуживот: 16 милиона година); 131mXe, 133Xe, 133mXe, и 135Xe су неки од производа цепања 235U и 239Pu, па се користе као показатељи нуклеарних експлозија.
Исотопе массес фром Аме2003 Атомиц Масс ЕвалуатионАрхивирано на сајту Wayback Machine (28. септембар 2011) by Georges Audi, Aaldert Hendrik Wapstra, Catherine Thibault, Jean Blachot and Olivier Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).