Svaki element ima jedan ili više izotopa sa nestabilnim jedrom, koji mogu biti podložni radioaktivnom raspadanju. U ovom procesu, nukleus može otpustiti čestice ili elektromagnetno zračenje. Kada je radijus nukleus veći od radijusa djelovanja jake sile, može doći do radioaktivnog raspada, a radijus djelovanja jake sile je samo nekoliko femtometara.
Najčešće radioaktivne propadanja su slijedeče:
Alfa propadanje: nukleus oslobađa alfa česticu, helijumsko jedro koje sadrži dva protona i dva neutrona. Rezultat raspada je novi element sa nižim atomskim brojem.
Beta propadanje: fenomen slabe interakcije u kojoj se neutron pretvara u proton ili proton se pretvara u neutron. Bivša je praćena oslobađanjem elektrona i antineutrina, dok ovo drugo oslobađa pozitron i neutrino. Oslobođeni elektroni ili pozitroni se zovu beta čestice. Stoga, beta propadanje može povećati ili sniziti atomski broj atoma za jedan.
Gama propadanje: Energetski nivo nukleusa je smanjen, a elektromagnetno zračenje se oslobađa, obično nakon oslobađanja alfa čestica ili beta čestica.
Polovicu izotopa sa Z protonima i N neutronima
Ostali relativno rijetki radioaktivni raspadi uključuju: rjeđe neutrone ili protone, rjeđe nukleinske ili elektronske skupove, te generiranje elektrona velike brzine umjesto beta zraka i fotona visoke energije umjesto gama zraka kroz unutrašnju konverziju.
Svaki radioizotop ima karakterističan period raspada, a to je polu-život. Half-life je vrijeme potrebno da polovina uzorka propada. Ovo je eksponencijalno propadanje, to jest konstantan propadanje od 50% uzorka tokom svakog polu-života. Drugim riječima, nakon dva polu-života, ostaje samo 25% od početka izotopa.