Nærmere kig
I kerner af stabile atomer, som f.eks. blykerner, er den kraft, der binder protonerne og neutronerne til hinanden individuelt, stor nok til at holde sammen på hver kerne som en helhed. I andre atomer, især tunge som f.eks. uranatomerne, er denne energi utilstrækkelig, og atomkernerne er ustabile. En ustabil kerne afgiver spontant partikler og energi i en proces, der kaldes radioaktivt henfald. Udtrykket radioaktivitet henviser til de partikler, der udsendes. Når der er blevet udsendt nok partikler og energi til at skabe en ny, stabil kerne (ofte kernen i et helt andet grundstof), ophører radioaktiviteten. Uran 238, et meget ustabilt grundstof, gennemgår 18 henfaldsstadier, inden det bliver til en stabil isotop af bly, bly 206. Nogle af de mellemliggende trin omfatter de tungere grundstoffer thorium, radium, radon og polonium. Alle kendte grundstoffer med et atomnummer på over 83 (bismuth) er radioaktive, og mange isotoper af grundstoffer med lavere atomnumre er også radioaktive. Når kerner af isotoper, der ikke er naturligt radioaktive, bombarderes med højenergipartikler, opstår der kunstige radioisotoper, som henfalder på samme måde som naturlige isotoper. Hvert grundstof forbliver radioaktivt i et karakteristisk tidsrum, der varierer fra blot mikrosekunder til milliarder af år. Et grundstofs henfaldshastighed kaldes dets halveringstid. Dette henviser til den gennemsnitlige tid, det tager for halvdelen af dets kerner at henfalde.