A klórnak két stabil izotópja van, a <sup>35</sup>Cl és a <sup>37</sup>Cl. A természetben csak ez a két izotóp fordul elő, nagyobb mennyiségben a <sup>35</sup>Cl, mely az összes klórnak körülbelül 76%-át alkotja, a <sup>37</sup>Cl pedig a maradék 24%-ot teszi ki. Mindkét izotóp a csillagokban lezajló [[nukleoszintézis]] keletkezik az oxigénégés és a szilíciumégés által.<ref name="Cameron">{{cite journal | last1 = Cameron |first1 = A. G. W. | year = 1973 | title = Abundance of the Elements in the Solar System | url = http://pubs.giss.nasa.gov/docs/1973/1973_Cameron_1.pdf | journal = Space Science Review | volume = 15 | pages = 121–146 | doi = 10.1007/BF00172440 | bibcode = 1973SSRv...15..121C | accessdate = 2018-07-15 | archiveurl = https://web.archive.org/web/20111021030549/http://pubs.giss.nasa.gov/docs/1973/1973_Cameron_1.pdf | archivedate = 2011-10-21 }}</ref> Mindketten 3/2-es magspinnel bírnak, ezért [[NMR spektroszkópia|NMR spektroszkópiában]] használhatóak, azonban, mivel a magspin nagyobb 1/2-nél a magtöltés eloszlása nem gömbszimmetrikus, és ez magkvadrupól-momentumot és a kvadrupólrelaxációnak köszönhetően rezonanciaszélesedést eredményez, korlátozva a módszer hatékonyságát.<ref name=Greenwood800/> A többi klórizotóp mind [[radioaktivitás|radioaktív]], melyek felezési ideje túl rövid ahhoz, hogy a természetben primordiális elemként forduljanak elő. Ezek közül laboratóriumban a <sup>36</sup>Cl (t<sub>1/2</sub> = 3.0×10<sup>5</sup> év) és a <sup>38</sup>Cl (t<sub>1/2</sub> = 37.2 perc) a leggyakrabban használt, melyeket a természetes klór neutronaktivációjával lehet előállítani.<ref name=Greenwood800/>
A klór legstabilabb radioaktív izotópja a <sup>36</sup>Cl. A <sup>35</sup>Cl-nál könnyebb klórizotópok általában elektronbefogással [[kén]]izotópokká, a <sup>37</sup>Cl-nál nehezebbek [[béta-bomlás]]sal [[argon]]izotópokká bomlanak. A <sup>36</sup>Cl mindkét módon bomolhat stabil <sup>36</sup>S-re, vagy <sup>36</sup>Ar-ra.<ref name=NUBASE>{{cite journal|date=2003 |title=The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties |url=http://www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf |journal=[[Nuclear Physics A]] |volume=729 |pages=3–128 |doi=10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 |bibcode=2003NuPhA.729....3A |last1=Audi |first1=G. |last2=Bersillon |first2=O. |last3=Blachot |first3=J. |last4=Wapstra |first4=A. H. }}{{dead link|accessdatedate=2018-07-15November 2016 |archiveurlbot=https://web.archive.org/web/20080923135135/http://www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdfInternetArchiveBot |archivedatefix-attempted=2008-09-23yes }}</ref> A <sup>36</sup>Cl nyomokban előfordul a természetben, főként a <sup>36</sup>[[argon|Ar]] izotópból keletkezik a [[légkör]]ben, a [[kozmikus sugárzás]] hatására.
