Ustabile atomkerner nedbrydes spontant til dannelse kerner med højere stabilitet. Nedbrydningsprocessen kaldes radioaktivitet. Energien og partiklerne, der frigøres under nedbrydningsprocessen kaldes stråling. Når ustabile kerner nedbrydes i naturen, omtales processen som naturlig radioaktivitet. Når de ustabile kerner fremstilles i laboratoriet, kaldes dekomponering induceret radioaktivitet.
Der er tre hovedtyper af naturlig radioaktivitet:
Alfastråling
Alfastråling består af en strøm af positivt ladede partikler, kaldet alfapartikler, som har en atommasse på 4 og en ladning på +2 (en heliumkerne). Når en alfa-partikel kastes ud fra en kerne, falder massens antal af kernerne med fire enheder, og Atom nummer falder med to enheder. For eksempel:
23892U → 42Han + 23490th
Heliumkernen er alfa-partiklen.
Betastråling
Betastråling er en strøm af elektroner, kaldet beta-partikler. Når en beta-partikel kastes ud, omdannes et neutron i kernen til en proton, så massetallet af kernen er uændret, men atomantal øges med et enhed. For eksempel:
23490 → 0-1e + 23491pa
Elektronen er beta-partiklen.
Gamma-stråling
Gamma-stråler er fotoner med høj energi med en meget kort bølgelængde (0,0005 til 0,1 nm). Emissionen af gammastråling er resultatet af en energiforandring i atomkernen. Gammaemission ændrer hverken atomnummeret eller atommasse. Alpha- og beta-emission ledsages ofte af gamma-emission, da en ophidset kerne falder til en lavere og mere stabil energitilstand.
Alpha, beta og gammastråling ledsager også induceret radioaktivitet. Radioaktive isotoper fremstilles i laboratoriet under anvendelse af bombardementreaktioner til omdannelse af en stabil kerne til en, der er radioaktiv. Positron (en partikel med samme masse som et elektron, men en ladning på +1 i stedet for -1) emission observeres ikke i naturlig radioaktivitet, men det er en almindelig tilstand af henfald i induceret radioaktivitet. Bombardementreaktioner kan bruges til at producere meget tunge elementer, inklusive mange, der ikke forekommer i naturen.