Изомери́я атомных ядер — долгоживущие возбужденные (метастабильные) состояния атомных ядер. Переход в невозбужденное состояние происходит за счет гамма-излучения или внутренней конверсии. Понятие изомерии атомных ядер возникло в 1921 году, когда немецкий физик О. Ган открыл уран-Z (UZ), который ни по химическим свойствам, ни по массовому числу не отличался от известного уже урана-X (UX2), однако имело другой период полураспада. Позднее был сделан вывод, что UZ и UX2 соответствуют основному и изомерному состояниям изотопа тория-234. В 1935 году Б.В. Курчатовым, И.В. Курчатовым, Л.В. Мысовским, Л.И. Русиновым был обнаружен изомер искусственного изотопа брома-80.
Изомерные состояния отличаются от обычных возбужденных состояний ядер тем, что вероятность перехода во все нижележащие состояния для них сильно подавлена правилами запрета по спину и четности. В частности, подавлены переходы с высокой мультипольностью (то есть большим изменением спина, необходимым для перехода в нижележащее состояние) и малой энергией перехода. Время жизни изомерных состояний может измеряться годами, тогда как типичное время жизни неизомерных возбужденных состояний измеряется пикосекундами. Иной разницы, кроме времени жизни, между изомерными и неизомерными возбужденными состояниями ядра нет.
Распад изомерных состояний может осуществляться путем изомерного перехода в основное состояние (испусканием гамма-кванта или посредством внутренней конверсии); альфа-распада; бета-распада и электронного захвата; спонтанного деления (для тяжелых ядер); излучения протона для высоковозбужденных изомеров.
В некоторых областях значений массовых чисел существуют так называемые острова изомерии — в этих областях изомеры встречаются особенно часто. Это явление объясняется оболочечной моделью ядра, которая предсказывает существование в нечетных ядрах энергетически близких ядерных уровней с большим различием спинов, когда число протонов или нейтронов близко к магическим числам (смотри Магические ядра). Иногда появление изомеров связано с существенным различием формы ядра в разных энергетических состояниях (например, у гафния-180).
В некоторых областях значений массовых чисел существуют так называемые острова изомерии — в этих областях изомеры встречаются особенно часто. Это явление объясняется оболочечной моделью ядра, которая предсказывает существование в нечетных ядрах энергетически близких ядерных уровней с большим различием спинов, когда число протонов или нейтронов близко к магическим числам (смотри Магические ядра). Иногда появление изомеров связано с существенным различием формы ядра в разных энергетических состояниях (например, у гафния-180).