De andere subatomaire deeltjes waaruit een magnesiumatoom bestaat, naast protonen en elektronen, zijn neutronen. Protonen zijn positief geladen, elektronen zijn negatief geladen en neutronen hebben geen lading. De kern van een magnesiumatoom bevat 12 protonen en 12 neutronen, terwijl de elektronenwolk 12 elektronen bevat. Het aantal protonen in een atoom bepaalt welk element het is, dus alle magnesiumatomen hebben 12 protonen. Het aantal neutronen kan echter variëren, waardoor verschillende isotopen van hetzelfde element ontstaan. Magnesium heeft drie stabiele isotopen:magnesium-24, magnesium-25 en magnesium-26. De drie isotopen van magnesium hebben respectievelijk 12, 13 en 14 neutronen.