O muonio é um átomo exótico formado por um antimuón (a antipartícula do muón, carregada positivamente) e um elétron, cujo símbolo é Mu ou μ+e-. Durante a vida média típica do muón, de 2 μs, pode formar compostos como o cloruro de muonio (MuCl) ou o muoniuro sódico (NaMu).
Devido à diferença de massa entre o antimuón e o elétron, o muonio parece-se mais ao hidrógeno que o positronio. Sua rádio de Bohr e sua energia de ionización difere em 0,5% da do hidrógeno, deuterio e tritio.
Os químicos físicos consideram ao muonio como um isótopo do hidrógeno, e consideram seu uso em uma forma modificada de espectroscopía de ressonância de espín electrónico, para analisar as transformações químicas e a estrutura de compostos novos ou de propriedades electrónicas potencialmente valiosas (esta forma de ressonância de espín electrónico se denomina ressonância de espín muónico ou μSR). Existem variantes da ressonância de espín muónico, por exemplo rotação de espín muónico, a qual usa um campo magnético aplicado de forma transversal à direcção do faz de muones, e a chamada Ressonância de Níveis Cruzados. Esta última emprega um campo magnético aplicado longitudinalmente sobre o faz muónico, e monitoriza a relajación do espín muónico causada pelas oscilações magnéticas do muonio sobre outros átomos magnéticos. Um autor tem considerado ao muonio como o segundo radioisótopo do hidrógeno, depois do tritio.