答案：C

A、若两种原子的质子数相同，这两种原子一定是同种元素，A错误。

B、若两种粒子是同种元素，这两种粒子的最外层电子数不一定相同，如：钠原子和钠离子是同种元素，但外层电子数不同。B错误。

C、根据元素的概念“具有相同质子数的一类原子的总称”，可知C正确。

D、若两种粒子的质子数相同，这两种粒子不一定是同种元素，如：氖原子和水分子都是10质子粒子，但他们不是同种元素。D错误。

故选C