Každý prvok má jeden alebo viac izotopov s nestabilnými jadrami, ktoré môžu podliehať rádioaktívnemu rozpadu. V tomto procese môže jadro uvoľňovať častice alebo elektromagnetické žiarenie. Ak je polomer jadra väčší ako polomer pôsobenia silnej sily, môže dôjsť k rádioaktívnemu rozpadu a polomer pôsobenia silnej sily je len niekoľko femtometrov.
Najbežnejšie rádioaktívne rozpady sú nasledovné:
Rozpad alfa: Jadro uvoľňuje alfa časticu, héliové jadro obsahujúce dva protóny a dva neutróny. Výsledkom rozpadu je nový prvok s nižším atómovým číslom.
Beta rozpad: fenomén slabej interakcie, pri ktorej sa neutrón transformuje na protón alebo protón sa transformuje na neutrón. Prvý je sprevádzaný uvoľnením elektrónu a antineutrínu, zatiaľ čo druhý uvoľňuje pozitrón a neutríno. Uvoľnené elektróny alebo pozitróny sa nazývajú beta častice. Preto môže beta rozpad zvýšiť alebo znížiť atómové číslo atómu o jeden.
Rozpad gama: Zníži sa energetická hladina jadra a uvoľní sa elektromagnetické žiarenie, zvyčajne po uvoľnení alfa častíc alebo beta častíc.
Polčas izotopov s protónmi Z a N neutrónmi
Medzi ďalšie relatívne zriedkavé rádioaktívne rozpady patria: uvoľňovanie neutrónov alebo protónov, uvoľňovanie jadier alebo elektrónových zhlukov a generovanie vysokorýchlostných elektrónov namiesto beta lúčov a vysokoarónových fotónov namiesto gama lúčov prostredníctvom vnútornej konverzie.
Každý rádioizotop má charakteristické obdobie rozpadu, čo je polčas. Polčas je čas potrebný na rozpad polovice vzorky. Toto je exponenciálny rozpad, to znamená konštantný rozpad 50% vzorky počas každého polčasu. Inými slovami, po dvoch polčasoch zostáva len 25% počiatočného izotopu.