质量数和原子序数相同、在可测量的时间内具有不同能量和放射性的两个或多个核素。对任何一种同位素而言，它可以具有不同的能量状态。根据量子力学理论，这些能量状态都是量子化的。最低的能量状态称为基态。而其它的能量状态称为激发态。当这个同位素处于某个激发态时，按照自然规律，它迟早要回到基态去。但是，某些激发态很特殊，同位素可以在该状态下 维持很长时间之后才回到基态去。这样的长寿命态称为同质异能态。从字面上理解即为，相同质子数不同的能量的状态。但“质”其实是指“同位素”。即“相同的核内质子数以及中子数，但不同的能量”的状态，称为 同质异能态 (isomeric state 或简写为 isomer)。
就某种同位素而言，它可能是处于基态，也可能是处于 它的某个 isomer。处在 isomer 的同位素，称为 该同位素的 “同质异能素”。
核同质异能素是第四代核武器关键能源之一，稳定的核同质异能素中含有最高激发能的为铪-178(178Hf2m)。
高能炸药能量的量级为lkJ／g，而核同质异能素大约是1GJ／g，比高能炸药的能量大一百万倍，其核裂变反应能量更大，达到80GJ／g。目前一些研究所正在系统研究核同质异能素的性质和释放能量的方法，例如美国和法国的有关研究所根据美国原战略防御计划局和北约签订的合同所进行的研究。通过重离子碰撞或惯性约束聚变中微爆炸产生的中子脉冲进行核合成，可得到核同质异能素。像金属氢一样，核同质异能素可作为“常规武器”，也可作为“干净”氢弹的扳机。
