Litium mempunyai 2 isotop yang stabil iaitu Li-6 dan Li-7 dengan 92.5% litium dijumpai secara semulajadi ialah Li-7. Manakala terdapat enam radioisotop yang telah dikenal pasti dengan Li-8 adalah yang paling stabil dengan separuh hayat selama 838 ms dan Li-9 dengan separuh hayat selama 178.3 ms. Radioisotop yang lain mempunyai separuh hayat yang sangat kecil iaitu kurang daripada 8.5 ms.

Isotop litium mempunyai jisim atom dalam julat antara 4.027 jar (Li-4) dan 11.0438 jar (Li-11). 'Mod reputan primer sebelum' Li-7 ialah pancaran proton dan 'mod reputan primer selepas' ialah pancaran beta (dengan sedikit pancaran neutron). Manakala hasil reputan primer sebelum Li-7 ialah isotop unsur 2 (helium) dan hasil primer selepas ialah isotop unsur 4 (berilium).

Litium-7 ialah salah satu unsur primordial (iaitu unsur yang dihasilkan semasa letupan besar nukleosintesis). Isotop litium membahagi semasa pelbagai proses semulajadi, termasuk pembentukan mineral (pemendakan kimia), metabolisme, penukaran ion (Li mengganti magnesium dan besi dalam tapak oktahendron dalam mineral lempung, di mana Li-6 lebih diutamakan daripada Li-7), hiperpenurasan dan perubahan batu.