Відомі ізотопи цирконію з масовими числами від 78 до 110 (кількість протонів 40, нейтронів від 38 до 70) та 6 ядерних ізомерів. Природний цирконій є сумішшю п'яти ізотопів.
Встановлено, що число протонів в ядрі дорівнює порядковому номеру елемента Періодичної таблиці. Заряд ядра визначається числом протонів в ньому. Отже, заряд ядра теж дорівнює порядковому номеру елемента. Атом — електронейтральна частка, тому число електронів у ньому дорівнює числу протонів.
Атом цирконію Zr I відноситься до елементів V періоду, у яких починає заповнюватися 4d-оболонка. Його електронна структура містить 40 електронів на 10 оболонках, з яких 38 повністю заповнили 9 оболонок і дві починають заповнювати 4d2 оболонку. Основний терм – a3F2 – 4 конфігурації 4d25s2.