科學家們發現，由質子、中子結合成原子核時，總質量減少現象便是質子，中子中部分質量轉化為“結合能”引起的。這些消失的質量稱為“質量虧損”，將質量虧損除以質量數，就得單個核子的質量虧損，即所謂“斂集率”。在元素八卦圖中，斂集率從氫開始迅速增加，直到鐵附近達到最高值，然後緩慢下降。這意味著元素八卦圖中內、外層元素轉變成中層元素時應釋出能量，反之中層元素轉變成內、外層元素要吸收能量。核子彈爆炸是外層元素向中層轉化，氫彈爆炸是內層元素向中層轉化。
目前用於測定原子量的標準是 碳-12。碳-12 的質量數被定義為 12.0000 ，而其他所有質量數的測定都是相對於該質量數的。原子量是組成某特定元素的各種同位素的質量數的平均值，因此，也應以 碳-12 作為測定標準。碳-12 的核中包含了 12 個粒子：6 個質子和6 箇中子。如果這 12 個粒子構成的總質量 12.0000，那么，每個粒子的平均質量應為 1.0000。現代的質譜儀，能夠根據單個質子在強度值已知的磁場中的彎曲軌跡測出其質量。然而，質譜儀顯示的質子質量不是 1.0000，而是 1.00734。
中子是不帶電荷的，因此經過磁場時不會發生偏轉，但它的質量可以通過其他方法得到。1934年，查德威克測出了使 H-2 核分成質子和中子所需能量的精確值。H-2 核的質量是已知的。那么，從 H-2 核的質量中減去質子的質量，再加上使核分裂消耗的能量的質量（根據愛因斯坦的質能方程計算出來），所得的就是中子的質量。
結果顯示中子的質量為 1.00867。換句話說，質子與中子的質量並不是完全相等的。中子質量比質子質量大，其差值大約為質子質量的 1/700（我們在後面將會看到，這一點是很重要的）。
假如我們構想取出 6 個質子和 6 箇中子，並把它們看作單獨的粒子，那么，把它們各自的質量加在一起所得的總質量為 12.096。然而，如果我們將全部 6 個質子和 6 箇中子捏在一起緊緊地壓進 碳-12 核中，我們得到的總質量為 12.0000。
碳-12 核的質量比組成 碳-12 核的各單個粒子的質量總和小了 0.096。1927年，阿斯頓用他的質譜儀進行了許多研究，發現所有原子核的質量都略小於組成這些核的各單個粒子的質量總和。阿斯頓把這種現象稱為 質量虧損 。
那么 碳-12 核的質量虧損與其總質量之比的分數值是多少呢？該分數值等於 0.096 除以 12 ，即 0.008。為了避免在研究工作中使用這種很小的小數值，科學家們將它乘以 10000，所得值等於 80。這就是 碳-12 的斂集率。
