不稳定(即具有放射性)的原子核在放射出粒子及能量后可变得较为稳定，这个过程称为衰变(Radioactivedecay)。这些粒子或能量(后者以电磁波方式射出)统称辐射(radiation)。由不稳定原子核发射出来的辐射可以是α粒子、β粒子、γ射线或中子。
放射性核素在衰变过程中，该核素的原子核数目会逐渐减少。衰变至只剩下原来质量一半所需的时间称为该核素的半衰期(half-life)。每种放射性核素都有其特定的半衰期，由几微秒到几百万年不等。
原子核由于放出某种粒子而变为新核的现象．原子核是一个量子体系，核衰变是原子核自发产生的变化，它是一个量子跃迁过程，它服从量子统计规律．对任何一个放射性核素，它发生衰变的精确时刻是不能预知的，但作为一个整体，衰变的规律十分明确．若在dt时间间隔内发生核衰变的数目为dN，它必定正比于当时存在的原子核数目N，显然也正比于时间间隔dt
α衰变
放射性探测器下的α粒子源
α衰变是一种放射性衰变。在此过程中，一个原子核释放一个α粒子（由两个中子和两个质子形成的氦原子核），并且转变成一个质量数减少４，核电荷数减少２的新原子核。
一个α粒子与一个氦原子核相同，两者质量数和核电荷数相同。α衰变从本质上说，是量子力学隧道效应的一个过程。与β衰变不同，它由强相互作用支配。
衰变产生的α粒子的动能通常为５MeV左右，速度是15,000km/s，光速的二十分之一。因为它质量相对较大，带两个单位的正电荷，速度相对较慢（针对其他衰变粒子），所以它们容易与其他原子相互作用而失去能量。因此，它们可以被一层几厘米厚的空气几乎完全吸收。
β衰变
量子力学角度的β衰变β衰变是一种放射性衰变。在此过程中，一个原子核释放一个β粒子（电子或者正电子），分为β+衰变（释放正电子）和β-衰变（释放电子）。
β-衰变中，弱相互作用把一个中子转变成一个质子，一个电子和一个反电子中微子。其实质是一个下夸克通过释放一个W-玻色子转变成一个上夸克。W-玻色子随后衰变成一个电子和一个反电子中微子。
β+衰变中，一个质子吸收能量转变成一个中子，一个正电子和一个电子中微子。其实质是一个上夸克通过释放一个W+玻色子转变成一个下夸克。W+玻色子随后衰变成一个正电子和一个电子中微子。
与β-衰变不同，β+衰变不能单独发生，因为它必须吸收能量。在所有β+衰变能够发生的情况下，通常还伴随有电子捕获反应。
γ衰变
宇宙γ射线照片γ射线通常伴随其他形式的辐射产生，例如α射线，β射线。当一个原子核发生α衰变或者β衰变时，生成的新原子核有时会处于激发态，这时，新原子核会向低能级发生跃迁，同时释放γ粒子。这就是γ衰变。
γ射线，x-射线,可见光和紫外线,都是不同形式的电磁辐射。唯一的区别是光的频率，也就是光子的能量。γ光子的能量最高。