자연계에 존재하는 오스뮴의 안정 동위 원소는 6종이며 ¹⁸⁴Os, ¹⁸⁷Os, ¹⁸⁸Os, ¹⁸⁹Os, ¹⁹⁰Os, ¹⁹²Os이 존재한다. ¹⁸⁶Os은 반감기가 2.0 x 10¹⁵년으로 매우 길며 ¹⁸²W으로 붕괴한다. ¹⁸⁷Os은 ¹⁸⁷Re으로부터 붕괴하여 생성된 동위 원소로 레늄-오스뮴 연대 측정에 사용한다.

¹⁸⁴Os은 β⁺β⁺붕괴를 통해 혹은 α 붕괴를 ¹⁹²Os은 β^-β^-붕괴 혹은 α 붕괴를 할 것으로 보이지만 아직 붕괴되는 모습이 관측되지 않아서 어떤 식으로 붕괴하는지는 알 수 없다. 어쩌면 이 둘은 예측과 다르게 붕괴하지 않을 수 있다.

인공적으로 만들어진 오스뮴의 동위 원소는 ¹⁶²Os부터 ¹⁹⁷Os까지 있으며 이들 중 ¹⁹⁴Os의 반감기가 6년으로 가장 길다.

오스뮴-184는 알파붕괴나 이중베타붕괴를 통해 붕괴할 것으로 예상되지만 정확한 반감기는 밝혀지지 않았는데 시료가 매우 적어 관측하기 어려운 면도 한 몫을 한다. 예상 반감기는 10¹⁴년에서 10²¹년까지이다. 오스뮴-186이 붕괴하기 때문에 오스뮴-184도 붕괴할 것으로 예상된다.

알파 붕괴를 하여 텅스텐-182로 붕괴한다.

그 동안 오스뮴-192도 붕괴할 수 있다고 여겨져 왔고 반감기는 10¹⁹이상으로 추정해 왔지만, 아직 관측되지 않았고 최근에 올수록 오스뮴-192도 다른 안정 동위 원소들처럼 붕괴하지 않을 것으로 예상하고 있다.