El tulio natural ( 69 Tm) se compone de un isótopo estable , 169 Tm (100 % de abundancia natural ). Se han caracterizado 34 radioisótopos , siendo los más estables 171 Tm con una vida media de 1,92 años, 170 Tm con una vida media de 128,6 días, 168 Tm con una vida media de 93,1 días y 167 Tm con una vida media de una vida media de 9,25 días. Todos los isótopos radiactivos restantes tienen vidas medias inferiores a 64 horas, y la mayoría de estos tienen vidas medias inferiores a 2 minutos. Este elemento también tiene 26estados meta , siendo los más estables 164m Tm (t 1/2 5,1 minutos), 160m Tm (t 1/2 74,5 segundos) y 155m Tm (t 1/2 45 segundos).
Los isótopos de tulio varían en peso atómico desde 144,97007 u ( 145 Tm) hasta 178,95534 u ( 179 Tm). El modo principal de desintegración antes del isótopo estable más abundante, 169 Tm, es la captura de electrones , y el modo principal posterior es la emisión beta . Los productos primarios de desintegración antes de 169 Tm son isótopos de erbio y los productos primarios posteriores son isótopos de iterbio . Todos los isótopos de tulio son radiactivos o, en el caso de 169 Tm, observablemente estables , lo que significa que 169Se prevé que Tm sea radiactivo, pero no se ha observado una descomposición real.