Atomy stają się radioaktywne, gdy mają nadmiar protonów lub neutronów w jądrze, co prowadzi do niezrównoważonych sił wewnętrznych, które atom równoważy emitując promieniowanie. Atomy z inną ilością neutronów lub protonów od ich normalna konfiguracja nazywa się jonami i jest izotopem ich pierwiastka.
Atomy stają się stabilne poprzez zmianę konfiguracji w nowe jądro i uwalnianie energii jako cząstek lub promieniowania, które jest rozpadem radioaktywnym. Występuje ze stałą szybkością nazywaną czasem półtrwania lub czasem, w którym połowa danej próbki izotopu radioaktywnego rozpada się na nowy izotop.
Rozpad promieniotwórczy obejmuje emisję cząstek alfa lub beta, promieni gamma lub innych procesów. Cząsteczki alfa to jądra helu o wysokiej energii. Cząstki beta są w zasadzie elektronami. Promienie gamma są energicznymi, fotonami elektromagnetycznymi o krótkiej długości fali. Inne formy rozpadu radioaktywnego obejmują wychwytywanie elektronów i pozytron.
