Litium (
3Li) yang terbentuk secara alami terdiri dari dua
isotop stabil, litium-6 dan litium-7, dengan yang terakhir jauh lebih melimpah di Bumi. Kedua
isotop alami tersebut memiliki
energi pengikatan inti per
nukleon yang sangat rendah (5.332,3312(3) MeV untuk litium-6 dan 5.606,4401(6) MeV untuk litium-7) bila dibandingkan dengan unsur yang lebih ringan dan lebih berat yang berdekatan,
helium (7.073,9156(4) MeV untuk
helium-4) dan
berilium (6.462,6693(85) MeV untuk
berilium-9).
Radioisotop litium yang berumur paling lama adalah litium-8, yang memiliki
waktu paruh hanya 838,7(3) milidetik. Litium-9 memiliki waktu paruh 178,2(4) milidetik, dan litium-11 memiliki waktu paruh 8,75(6) milidetik. Semua isotop litium yang tersisa memiliki waktu paruh yang lebih pendek dari 10 nanodetik. Isotop litium yang berumur pendek yang diketahui adalah litium-4, yang meluruh melalui
emisi proton dengan waktu paruh sekitar 91(9) yoktodetik (9,1(9)×10−23 detik), meskipun waktu paruh litium-3 belum ditentukan, dan kemungkinan akan jauh lebih pendek, seperti
helium-2 (diproton) yang mengalami emisi proton dalam 10−9 detik.Litium-7 dan litium-6 adalah dua
nuklida primordial yang diproduksi dalam
Ledakan Dahsyat, dengan litium-7 menjadi 10−9 dari semua nuklida primordial, dan litium-6 sekitar 10−13.
[2] Sebagian kecil lithium-6 juga diketahui dihasilkan oleh
reaksi nuklir pada bintang-bintang tertentu. Isotop litium agak terpisah selama berbagai proses
geologis, termasuk pembentukan mineral (presipitasi kimia dan
pertukaran ion). Ion litium menggantikan
magnesium atau
besi di
lokasi oktahedral tertentu pada
tanah liat, dan litium-6 terkadang lebih disukai daripada litium-7. Hal ini menghasilkan beberapa pengayaan litium-6 dalam proses geologis.Litium-6 adalah isotop yang penting dalam
fisika nuklir karena ketika ia dibombardir dengan
neutron, maka
tritium akan dihasilkan.