核异构体距离初次被发现已超过了100年，从实际应⽤来说，这个在原⼦核中出现的神秘状态未来可能在核时标、核电池、清洁核能和核γ射线激光等⽅向发挥重要作⽤。然⽽直⾄今⽇，科学家们仍在奋⼒解锁他们身上的各种神秘特性。
对于同⼀种元素，它的原⼦核内质⼦数和中⼦数不同，我们称其为该元素的同位素。那么对于同⼀种同位素，它们都是⼀样的吗？事实上，科学家很早就发现，在不稳定的同位素进⾏衰变时，原⼦核也有不同的状态，甚⾄这种状态有更重要的应⽤，这为我们理解原⼦核打开了⼀扇新的⼤⻔——这就是核异构体。
核异构体（Nuclear isomers，也称为同核异能素）指⻓寿命的“亚稳态”原⼦核。
这类核中⼀个或多个核⼦（质⼦或中⼦）被激发，占据了⽐基态更⾼的能态。通常，⼤多数核激发态的半衰期⾮常短，⼤约在10-12秒的时间尺度，会迅速衰变回到基态。如果激发态的半衰期⽐通常的激发态⻓100⾄1000倍，则被认为是亚稳态。虽然没有明确的界定，但是为了在时间和空间上与通常的辐射衰变分离，⽬前学界多认为核异构体的半衰期应⼤于5 x 10-9秒。
在已知的核异构体中，有些核素的衰减时间可达到数分钟、数⼩时、数年或更⻓时间。例如，⾃然界中存在的寿命最⻓的核异构体是钽-180m，其半衰期⼤于1015年，⽐理论估算的宇宙的年龄还要⻓。
核异构体的发现从历史的⻆度看，核异构体从概念提出，到实验和理论发展经历了近百年。20世纪初，放射性元素就已被发现。
当时，科学家们把元素的半衰期——即⼀半数量的初始放射性元素衰变成其他元素所需的时间——作为发现和描述⼀种新的放射性元素的衡量标准之⼀。1917年，英国化学家弗雷德⾥克·索迪提出，对于同⼀原⼦核，可能存在两个或更多个⻓寿命（或稳定）的状态，即“具有相同原⼦量和化学性质的同位素，它们的稳定性和分解⽅式不同”的状态，是⼀种“更精细的同位素”。
实际上，索迪所预测的就是我们现在所说的核异构体，尽管科学史学家们不确定之后的科学研究是否直接受到索迪⼯作的启发。
1921年，德国化学家奥托·哈恩和他的同事莉丝·迈特纳⾸先在研究铀-238（UI）原⼦核放射性衰变的过程中发现并鉴定出第⼀个核异构体（UX2 /UZ，现在记为234m Pa/234 Pa）。铀是⼀种放射性元素，具有许多同位素，其中两种同位素是地球上⾃然存在的。
这些天然的铀同位素衰变成钍元素，钍继续衰变成镤，每种元素都有⾃⼰的同位素。哈恩和迈特纳当时已将他们发现的所有同位素都进⾏了整⻬的分类，但是出现了⼀个例外。他们发现实验室⾥的铀-238可以通过发射α粒⼦，衰变产⽣钍-234（UX1），然后经过β衰变到镤-234的基态（UZ）或镤-234的激发态（UX2）。
换句话说，他们发现镤-234原⼦核有两种不同的状态：半衰期为7⼩时的低能基态和半衰期为1分钟的激发态。最终UZ和UX2都经过β衰变形成UII。
哈恩的⼯作标志着核异构体的发现和核结构领域的新分⽀的诞⽣。然⽽，我们对核异构体的理解却进展缓慢。在20世纪20年代的那些“哈恩”实验中，科学家们仍然认为原⼦是⼀团质⼦和周围环绕着的数量相同的电⼦组成。直到1932年，英国物理学家詹姆斯·查德威克发现中⼦也是原⼦核的⼀部分，物理学家们才能够在理论和实验上进⼀步理解原⼦核，乃⾄核异构体。