Jokaisella elementillä on yksi tai useampi isotooppi, jossa on epästabiilit ytimet, jotka voivat käydä radioaktiivisen hajoamisen. Tässä prosessissa ydin voi vapauttaa hiukkasia tai sähkömagneettista säteilyä. Kun ytimen säde on suurempi kuin voimakkaan voiman vaikutussäde, voi esiintyä radioaktiivista hajoamista, ja voimakkaan voiman vaikutussäde on vain muutama femtometri.
Yleisimmät radioaktiiviset hajoamiset ovat seuraavat:
Alfan hajoaminen: Ydin vapauttaa alfahiukkasen, heliumytimän, joka sisältää kaksi protonia ja kaksi neutronia. Hajoamisen tulos on uusi elementti, jolla on pienempi järjestysluku.
Beetamätä: heikon vuorovaikutuksen ilmiö, jossa neutroni muuttuu protoniksi tai protoni neutroniksi. Jälkimmäiseen liittyy elektronin ja antineutrinon vapautuminen, kun taas jälkimmäinen vapauttaa positronin ja neutriinon. Vapautettuja elektroneja tai positroneja kutsutaan beetahiukkasiksi. Siksi beetamätä voi lisätä tai vähentää atomin järjestyslukua yhdellä.
Gammamätä: Ytimen energiataso pienenee ja sähkömagneettista säteilyä vapautuu, yleensä alfahiukkasten tai beetahiukkasten vapautumisen jälkeen.
Isotooppien puoliintumista Z-protonilla ja N-neutronilla
Muita suhteellisen harvinaisia radioaktiivisia hajoamisia ovat neutronien tai protonien vapauttaminen, ydin- tai elektroniklustereiden vapauttaminen ja nopeaen elektronien tuottaminen beetasäteiden ja korkeaenerginen fotonien sijaan gammasäteiden sijaan sisäisen muuntamisen kautta.
Jokaisella radioisotoopilla on tyypillinen hajoamisaika, joka on puoliintumisaika. Puoliintumisaika on aika, joka tarvitaan, jotta puolet näytteestä hajoaa. Tämä on eksponentiaalinen hajoaminen, eli jatkuva hajoaminen 50% näytteestä jokaisen puoliintumisajan aikana. Toisin sanoen kahden puoliintumisen jälkeen vain 25 prosenttia aloittavasta isotoopista on jäljellä.