De andre subatomære partikler, der udgør et magnesiumatom foruden protoner og elektroner, er neutroner. Protoner er positivt ladede, elektroner er negativt ladede, og neutroner har ingen ladning. Kernen i et magnesiumatom indeholder 12 protoner og 12 neutroner, mens elektronskyen indeholder 12 elektroner. Antallet af protoner i et atom bestemmer hvilket grundstof det er, så alle magnesiumatomer har 12 protoner. Antallet af neutroner kan dog variere, hvilket giver anledning til forskellige isotoper af det samme grundstof. Magnesium har tre stabile isotoper:magnesium-24, magnesium-25 og magnesium-26. De tre isotoper af magnesium har henholdsvis 12, 13 og 14 neutroner.