中子作为原子核的一部分，对于化学元素的构成具有无可替代的重要性（值得注意的是，氢元素并不包含中子）。虽然一个原子的化学性质主要是由其中质子的数量决定的，但在没有中子的情况下，由于带正电的质子之间的排斥力（质子带正电而中子不带电），是无法形成除氢以外的其他元素的。
不稳定的原子核中的中子有时会像自由中子一样发生衰变。也存在一种叫做逆衰变的现象，即中子衰变的逆过程。在这个过程中，质子可以转变为一个中子，同时释放出一个正电子和一个电子中微子。
质子还可以通过电子俘获过程转变为中子，并释放出一个电子中微子。理论上，核内的中子也有可能通过俘获正电子生成质子。这一过程受到多种因素的制约。一方面，原子核带正电，因此排斥正电子；正电子与电子相遇会发生湮灭，因此正电子俘获事件的几率非常小。
由于原子核内的中子受到多种因素的制约，其稳定性与自由中子有所不同。例如，如果核内的一个中子衰变成质子，核内的正电荷斥力就会增大。这个斥力的势能变成中子衰变的一个障碍。如果中子无法突破这个障碍，就无法进行衰变。这种现象也可以解释为什么在某些束缚状态下，质子有时会转变为中子。
尽管中子对外显示电中性，但它具有磁矩。高能电子、子或中微子轰击中子的散射实验表明，中子内部的电荷和磁矩有一定的分布，这说明中子并非点粒子，而是具有一定的内部结构。研究表明，中子是由更深层次的粒子——夸克所构成的。中子和质子实际上是同一种粒子的两种不同电荷状态。它们的同位旋为1/2，其中中子的同位旋第三分量I3为-1/2。在轻核中，中子和质子的数量几乎相等；而在重核如中，中子数量（146个）则超过质子数量（92个）。对于具有固定质子数的核，中子数的不同取值可以形成元素的不同同位素。
