ยี่สิบไอโซโทปกัมมันตรังสีพลูโทเนียมต่างก็มีลักษณะเฉพาะตัว Pu-244 เสถียรที่สุด มีครึ่งชีวิต 80.8 ล้านปี Pu-242 มีครึ่งชีวิต 373,300 ปี และ Pu-239 มีครึ่งชีวิต 24,110 ปี ส่วนไอโซโทปกัมมันตรังสีที่เหลือมีครึ่งชีวิตน้อยกว่า 7,000 ปี พลูโทเนียมมีสถานะเมตา(meta state) 8 สถานะซึ่งไม่มีความเสถียรเลย (ทั้งหมดมีครึ่งชีวิตน้อยกว่า 1 วินาที)

ไอโซโทปของพลูโทเนียมมีน้ำหนักอะตอมราวๆ 228.0387 u (Pu-228) จนถึง 247.074 u (Pu-247) ไอโซโทปที่เสถียรที่สุดคือ Pu-244 มีการสลายตัวโดยฟิชชันเกิดเองและให้รังสีแอลฟาต่อมาจะให้รังสีบีตา Pu-244 จะกลายเป็นไอโซโทปยูเรเนียมและเนปจูเนียม และไอโซโทปอเมริเซียมในกระบวนการหลังรวมทั้งผลิตผลฟิชชันที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิชชัน