Нестабилна атомска језгра ће се спонтано разградити и формирати језгра са већом стабилношћу. Процес распадања се назива радиоактивност. Енергија и честице које се ослобађају током процеса распадања називају се зрачењем. Када се нестабилна језгра разграде у природи, поступак се назива природна радиоактивност. Када се нестабилна језгра припреме у лабораторији, распад се назива индукована радиоактивност.
Постоје три главне врсте природне радиоактивности:
Алфа зрачење
Алфа зрачење се састоји од тока позитивно наелектрисаних честица, званих алфа честице, које имају ан атомска маса од 4 и наелектрисање од +2 (језгро хелија). Када се алфа честица избаци из језгре, масни број језгра се смањује за четири јединице и атомски број смањује се за две јединице. На пример:
23892У → 42Хе + 23490Тх
Нуклеус хелијума је алфа честица.
Бета зрачење
Бета зрачење је ток електрона, који се назива бета честице. Када се бета честица избаци, неутрон у језгру се претвара у протон, па масовни број језгра је непромењено, али атомски број се повећава за један јединица. На пример:
23490 → 0-1е + 23491Тата
Електрони су бета честице.
Гама зрачење
Гама зраци су високоенергетски фотони са врло кратком таласном дужином (0,0005 до 0,1 нм). Емисија гама зрачења резултат је промене енергије у атомском језгру. Емисија гама не мења ни атомски број ни вредност атомска маса. Алфа и бета емисија су често праћени емисијом гама, пошто узбуђено језгро пада на ниже и стабилније енергетско стање.
Алфа, бета и гама зрачење такође прате индуковану радиоактивност. Радиоактивни изотопи се припремају у лабораторији користећи реакције бомбардовања како би се стабилно језгро претворило у оно које је радиоактивно. Емисија позитрона (честица исте масе као и електрон, али набој +1 уместо -1) не примећује се у природној радиоактивности, али то је уобичајени начин распада индуковане радиоактивности. Реакције бомбардовања могу се користити за производњу врло тешких елемената, укључујући многе који се не јављају у природи.