Nguyên tử trở nên phóng xạ khi chúng có lượng dư proton hoặc neutron trong hạt nhân, dẫn đến nội lực không cân bằng, mà nguyên tử cân bằng bằng cách phát ra bức xạ. Nguyên tử có lượng neutron hoặc proton khác với cấu hình bình thường của chúng được gọi là ion và là một đồng vị của nguyên tố của chúng.
Nguyên tử trở nên ổn định bằng cách cấu hình lại thành một hạt nhân mới và giải phóng năng lượng dưới dạng hạt hoặc bức xạ, đó là sự phân rã phóng xạ. Nó xảy ra với tốc độ ổn định được gọi là chu kỳ bán rã hoặc thời gian cần thiết để một nửa mẫu đồng vị phóng xạ nhất định phân rã thành đồng vị mới.
Phân rã phóng xạ liên quan đến việc phát ra các hạt alpha hoặc beta, tia gamma hoặc bởi các quá trình khác. Hạt alpha là hạt nhân heli năng lượng cao. Hạt beta về bản chất là các electron. Tia gamma là những photon năng lượng, điện từ có bước sóng ngắn. Các dạng phân rã phóng xạ khác bao gồm bắt giữ điện tử và phân rã positron.
