元素是质子数（即核电荷数）相同的一类原子的总称，决定元素种类的是质子数（即核电荷数），不同种元素最本质的区别是质子数（即核电荷数）不同．

A、决定元素的种类的是质子数（即核电荷数），不同种元素最本质的区别是质子数不同，不是最外层电子数不同，故选项错误．

B、决定元素的种类的是质子数（即核电荷数），不同种元素最本质的区别是质子数不同，不是中子数不同，故选项错误．

C、决定元素的种类的是质子数（即核电荷数），不同种元素最本质的区别是质子数不同，不是相对原子质量不同，故选项错误．

D、决定元素的种类的是质子数（即核电荷数），不同种元素最本质的区别是质子数不同，故选项正确．

故选：D．