Κάθε στοιχείο έχει ένα ή περισσότερα ισότοπα με ασταθείς πυρήνες, οι οποίοι μπορούν να υποβληθούν σε ραδιενεργή αποσύνθεση. Σε αυτή τη διαδικασία, ο πυρήνας μπορεί να απελευθερώσει σωματίδια ή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Όταν η ακτίνα του πυρήνα είναι μεγαλύτερη από την ακτίνα δράσης της ισχυρής δύναμης, μπορεί να συμβεί ραδιενεργή αποσύνθεση και η ακτίνα δράσης της ισχυρής δύναμης είναι μόνο λίγα femtometers.
Οι πιο συχνές ραδιενεργές διασπάσεις είναι οι εξής:
Αποσύνθεση άλφα: Ο πυρήνας απελευθερώνει ένα σωματίδιο άλφα, έναν πυρήνα ηλίου που περιέχει δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια. Το αποτέλεσμα της αποσύνθεσης είναι ένα νέο στοιχείο με χαμηλότερο ατομικό αριθμό.
Βήτα αποσύνθεση: ένα φαινόμενο αδύναμης αλληλεπίδρασης στο οποίο ένα νετρόνιο μετατρέπεται σε πρωτόνιο ή ένα πρωτόνιο μετατρέπεται σε νετρόνιο. Το πρώτο συνοδεύεται από την απελευθέρωση ενός ηλεκτρονίου και ενός antineutrino, ενώ το δεύτερο απελευθερώνει ένα ποζιτρόνιο και ένα νετρίνο. Τα απελευθερωμένα ηλεκτρόνια ή ποζιτρόνια ονομάζονται σωματίδια βήτα. Ως εκ τούτου, η διάσπαση βήτα μπορεί να αυξήσει ή να μειώσει τον ατομικό αριθμό του ατόμου κατά ένα.
Αποσύνθεση γάμμα: Το ενεργειακό επίπεδο του πυρήνα μειώνεται και απελευθερώνεται ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, συνήθως μετά την απελευθέρωση σωματιδίων άλφα ή σωματιδίων βήτα.
Ο χρόνος ημίσειας ζωής των ισοτόπων με τα πρωτόνια Z και τα νετρόνια N
Άλλες σχετικά σπάνιες ραδιενεργές αποσύνθεση περιλαμβάνουν: απελευθέρωση νετρονίων ή πρωτονίων, απελευθέρωση πυρήνων ή συστάδων ηλεκτρονίων και παραγωγή ηλεκτρονίων υψηλής ταχύτητας αντί για ακτίνες βήτα και φωτόνια υψηλής ενέργειας αντί για ακτίνες γάμμα μέσω εσωτερικής μετατροπής.
Κάθε ραδιοϊσότοπο έχει μια χαρακτηριστική περίοδο αποσύνθεσης, η οποία είναι ο χρόνος ημίσειας ζωής. Χρόνος ημίσειας ζωής είναι ο χρόνος που απαιτείται για να αποσυντεθεί το ήμισυ του δείγματος. Αυτή είναι μια εκθετική αποσύνθεση, δηλαδή μια συνεχής αποσύνθεση του 50% του δείγματος κατά τη διάρκεια κάθε ημιζωής. Με άλλα λόγια, μετά από δύο ημι-ζωές, μόνο το 25% του αρχικού ισοτόπου παραμένει.