A．O2和O3都是由氧元素形成的不同物质，都是单质，互为同素异形体，故A错误；B．CO和CO2是碳的两种氧化物，是化合物，不是核素，故B错误；C．H2O和H2O2是氧的两种化合物，不是核素，故C错误；D．126C和 136C中中子数分别为6、7，属于碳元素的两种不同核素，因此互为同位素，故D正确，故选D．
