Tuliumille tunnetaan 35 [[radioaktiivisuus|radioaktiivista]] isotooppia (poislukienpois lukien [[ydinisomeeri]]t). Niiden [[massaluku|massaluvut]] vaihtelevat välillä 144–179 ja [[puoliintumisaika|puoliintumisajat]] 300 nanosekunnista (<sup>178</sup>Tm) aina 1,92 vuoteen (<sup>171</sup>Tm). Jos luonnossa esiintyvää tuliumia (<sup>169</sup>Tm) pommitetaan [[neutroni|neutroneilla]], saadaan radioaktiivista <sup>170</sup>Tm isotooppia (puoliintumisaika 128,6 päivää), joka emittoi [[gammasäteily]]ä, jonka aallonpituus on samaa luokkaa kuin laboratorioissa yleensä käytettävillä röntgensäteilyn lähteillä.<ref name="britannica"/> Useimpien muiden tuliumin isotooppien puoliintumisajat ovat enimmillään vain joitain minuutteja. Suurin osa tuliumin keveimmistä isotoopeista (massaluku alle 161) hajoavat joko [[positroniemissio|β<sup>+</sup>-hajoamisella]] tai [[elektronisieppaus|elektroninsieppauksella]], mutta myös protoniemissiota ja [[alfahajoaminen|α-hajoamista]] esiintyy. Raskaat tuliumisotoopit hajoavat [[beetahajoaminen|β<sup>-</sup>-hajoamisella]].<ref name="nubase2016">{{Lehtiviite | Tekijä = Audi, G. et al. | Otsikko = The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties | Julkaisu = Chinese Physics C | Vuosikerta = 41 | Numero = 3 | Sivut = 030001-1-030001-138 | Julkaisija = IOP Publishing | Ajankohta = 2017 | Doi = 10.1088/1674-1137/41/3/030001 | Kieli = {{en}} | www = http://amdc.in2p3.fr/nubase/2017Audi03.pdf | Tiedostomuoto = pdf | Viitattu = 20.4.2018}}</ref>
