93번 원소인 넵투늄이 발견되었을 때, 이미 94번 원소로서 그 존재가 예상되었으나 그 당시는 이것을 관찰할 수가 없었다.
1940년 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스의 G.T.시보그, G.T.맥밀런 등에 의해서, 사이클로트론으로 우라늄 238을 중수소(重水素)로 충격하여 만든 넵투늄 238의 β붕괴에서 질량수 238인 동위원소가 처음으로 만들어졌다.
이 신원소는 태양계의 행성이었던 명왕성(Pluto, 소행성 134340)의 이름을 따서 플루토늄이라고 명명되었다.
이것은 92번 원소인 우라늄과 93번 원소인 넵투늄이 각각 천왕성(Uranus) ·해왕성(Neptune)의 이름을 땄기 때문에, 이들에 계속된다는 것을 뜻한다. 그 후 동위원소의 질량수는 232부터 246까지 15개가 확인되었으며, 모두 방사성이다. 이들 중 242의 반감기(半減期)가 가장 길어 3.79×105년이다.
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