决定元素种类的是核内质子数，核内质子数等于核电荷数，即不同元素的最本质区别是核内质子数（核电荷数）不同．
解；A、决定元素化学性质的是最外层电子数，所以不同元素的最本质区别不是化学性质，故A错误；
B、决定相对原子质量大小的粒子是质子数和中子数，不同元素的质子数不同，但质子数与中子数之和不一定不同，故B错误；
C、决定元素化学性质的是最外层电子数，最外层电子数不同只能说明化学性质不同，不是不同元素的最本质区别，故C错误；
D、不同元素的最本质区别是核内质子数（核电荷数）不同，故D正确．
故选D．
