Сваки елемент има један или више изотопа са нестабилним језгрима, који могу проћи радиоактивни распад. У овом процесу језгро може да ослободи честице или електромагнетно зрачење. Када је радијус језгра већи од радијуса деловања јаке силе, може доћи до радиоактивног распада, а радијус деловања јаке силе је само неколико фемтометара.
Најчешћи радиоактивни распад су следећи:
Алфа распад: Језгро ослобађа алфа честицу, језгро хелијума које садржи два протона и два неутрона. Резултат распадања је нови елемент са нижим атомским бројем.
Бета распад: феномен слабе интеракције у коме се неутрон трансформише у протон или се протон трансформише у неутрон. Први прати ослобађање електрона и антинеутрина, док други ослобађа позитрон и неутрино. Ослобођени електрони или позитрони називају се бета честицама. Према томе, бета распад може повећати или смањити атомски број атома за један.
Гама распад: Ниво енергије језгра се смањује, а електромагнетно зрачење се ослобађа, обично након ослобађања алфа честица или бета честица.
Полувреме изотопа са З протонима и Н неутронима
Остали релативно ретки радиоактивни распад укључују: ослобађање неутрона или протона, ослобађање језгара или електронских кластера и генерисање електрона велике брзине уместо бета зрака и високоенергетских фотона уместо гама зрака путем интерне конверзије.
Сваки радиоизотоп има карактеристичан период распадања, што је време полураспада. Полувреме је време потребно да половина узорка пропадне. Ово је експоненцијално пропадање, односно константно пропадање 50% узорка током сваког полувремена. Другим речима, после два полувремена преостало је само 25% почетног изотопа.