Ksenonam ir zināmi septiņi stabilie izotopi: ksenons-126, ksenons-128, ksenons-129, ksenons-130, ksenons-131, ksenons-132 un ksenons-134. Visbiežāk dabā sastopamie izotopi ir ksenons-129 (26 %) un ksenons-132 (27 %), kas veido lielāko daļu no ksenona daudzuma atmosfērā. Ksenonam ir zināmi arī vairāki radioaktīvie izotopi, no kuriem ksenonam-124 un ksenonam-136 ir ilgākie pussabrukšanas periodi. Ksenona-124 pussabrukšanas periods ir garāks par 1017 gadiem, bet ksenona-136 pussabrukšanas periods ir garāks par 8,5×1021 gadiem. Abi šie izotopi ir dabiskā ksenona sastāvā, kur ksenons-124 veido 0,095 % un ksenons-136 veido 8,86 %. Visilgāk eksistējošais un mākslīgi radītais radioaktīvais izotops ir ksenons-127 ar pussabrukšanas periodu 36,345 dienas. Visiem pārējiem radioizotopiem pussabrukšanas periods ir īsāks par desmit dienām, lielākajai daļai tas ir īsāks par diennakti. Ksenons-131 un ksenons-133 tiek izmantoti dažādos zinātniskajos un medicīniskajos pētījumos. Šie izotopi, lai gan tie ir radioaktīvi, tiek iegūti laboratorijas apstākļos un izmantoti, piemēram, kodolpētniecībā, medicīnā un citās specializētās nozarēs.