Hvert element har en eller flere isotoper med ustabile kerner, som kan undergå radioaktivt henfald. I denne proces kan kernen frigive partikler eller elektromagnetisk stråling. Når kernens radius er større end den stærke krafts virkningsradius, kan radioaktivt henfald forekomme, og den stærke krafts virkningsradius er kun få femtometre.
De mest almindelige radioaktive henfald er som følger:
Alfa henfald: Kernen frigiver en alfa partikel, en helium kerne, der indeholder to protoner og to neutroner. Resultatet af henfald er et nyt element med et lavere atomnummer.
Beta henfald: et fænomen med svag interaktion, hvor en neutron omdannes til en proton eller en proton omdannes til en neutron. Førstnævnte ledsages af frigivelsen af en elektron og en antineutrino, mens sidstnævnte frigiver en positron og en neutrino. De frigivne elektroner eller positroner kaldes betapartikler. Derfor kan beta henfald øge eller mindske atomets atomnummer med en.
Gamma henfald: Energiniveauet i kernen er reduceret, og elektromagnetisk stråling frigives, normalt efter frigivelsen af alfapartikler eller betapartikler.
Isotopers halveringstid med Z-protoner og N-neutroner
Andre relativt sjældne radioaktive henfald omfatter: frigivelse af neutroner eller protoner, frigivelse af kerner eller elektronklynger og generering af højhastighedselektroner i stedet for betastråler og højenergifotoner i stedet for gammastråler gennem intern konvertering.
Hver radioisotop har en karakteristisk henfaldsperiode, som er halveringstiden. Halveringstid er den tid, det tager for halvdelen af prøven at henfalde. Dette er et eksponentielt henfald, det vil sige et konstant henfald på 50% af prøven i løbet af hver halveringstid. Med andre ord, efter to halveringstiden, er kun 25% af startisotopen tilbage.