El disprosio natural ( 66 Dy) se compone de 7 isótopos estables , 156 Dy, 158 Dy, 160 Dy, 161 Dy, 162 Dy, 163 Dy y 164 Dy, siendo 164 Dy el más abundante (28,18% de abundancia natural ). Se han caracterizado 29 radioisótopos , siendo el más estable 154 Dy con una vida media de 3,0 millones de años, 159 Dy con una vida media de 144,4 días y 166Dy con una vida media de 81,6 horas. Todos los isótopos radiactivos restantes tienen vidas medias inferiores a 10 horas, y la mayoría de ellos tienen vidas medias inferiores a 30 segundos. Este elemento también tiene 12 estados meta , siendo el más estable 165m Dy (vida media 1.257 minutos), 147m Dy (vida media 55.7 segundos) y 145m Dy (vida media 13.6 segundos).
El modo de desintegración primario antes del isótopo estable más abundante, 164 Dy, es la captura de electrones , y el modo primario después es la desintegración beta . Los productos de desintegración primarios antes de 164 Dy son isótopos de terbio , y los productos primarios posteriores son isótopos de holmio .