在原子中，质子数具有多种等量关系：
等于核电荷数：原子核所带的正电荷数称为核电荷数。由于每个质子带一个单位正电荷，所以质子数等于核电荷数。例如氢原子，其原子核内有1个质子，核电荷数就是1 。
等于核外电子数：原子呈电中性，即整体不带电。质子带正电，电子带负电，为保持电中性，质子数必然等于核外电子数。比如氧原子，质子数是8，核外电子数同样是8。
在离子中：
阳离子质子数大于核外电子数：阳离子是原子失去电子形成的。例如钠离子（），钠原子质子数为11，当它失去1个电子形成钠离子后，核外电子数变为10，此时质子数（11）大于核外电子数（10）。
阴离子质子数小于核外电子数：阴离子由原子得到电子形成。比如氯离子（ ），氯原子质子数是17，得到1个电子形成氯离子后，核外电子数变为18，即质子数（17）小于核外电子数（18）。
此外，在元素周期表中，元素按质子数由小到大的顺序排列，某种元素的原子序数也等于该原子的质子数。例如碳元素的原子序数是6，其质子数也就是6 。