Các hạt nhân nguyên tử lớn không ổn định vì chúng mất đi neutron và proton theo thời gian. Hạt nhân bao gồm neutron chưa tích điện và proton tích điện dương mà trong các nguyên tử lớn, nguyên tử mạnh không thể giữ ổn định với nhau lực lượng.
Các hạt có điện tích tương tự, chẳng hạn như proton, đẩy nhau. Lực nguyên tử mạnh chống lại tác dụng đẩy của các proton lên nhau trong hạt nhân nguyên tử. Hạt nhân nguyên tử có số proton thấp thì lực đẩy tương ứng nhỏ hơn, trong khi hạt nhân nguyên tử có số proton cao thì lực đẩy lớn hơn nhiều. Các nhà khoa học gọi sự cân bằng giữa lực đẩy tĩnh điện và lực liên kết nguyên tử là năng lượng liên kết của hạt nhân. Năng lượng liên kết của các hạt nhân nguyên tử lớn, không ổn định không đủ để ngăn nguyên tử bức xạ proton và neutron theo thời gian.
Các nhà khoa học gọi các hạt do hạt nhân nguyên tử không ổn định phóng ra là bức xạ. Bức xạ xảy ra với tốc độ có thể dự đoán được ở một số nguyên tử, cho phép các nhà khoa học sử dụng hạt nhân nguyên tử không ổn định để xác định tuổi của vật liệu chứa chúng. Các nguyên tử có hạt nhân không ổn định tiếp tục phóng xạ hạt cho đến khi chúng đạt đến trạng thái ổn định hơn, trong đó năng lượng liên kết của hạt nhân có đủ sức mạnh để giữ nguyên tử lại với nhau.
