Ebastabiilsed aatomituumad lagunevad spontaanselt moodustades tuumad suurema stabiilsusega. Lagunemisprotsessi nimetatakse radioaktiivsus. Lagunemisel eralduvat energiat ja osakesi nimetatakse kiirguseks. Kui looduses lagunevad ebastabiilsed tuumad, nimetatakse seda protsessi looduslikuks radioaktiivsuseks. Kui laboris valmistatakse ebastabiilsed tuumad, nimetatakse lagunemist indutseeritud radioaktiivsuseks.
Looduslikku radioaktiivsust on kolm peamist tüüpi:
Alfakiirgus
Alfakiirgus koosneb positiivselt laetud osakeste voogust, mida nimetatakse alfaosakesteks ja millel on aatommass 4 ja laengu +2 (heeliumituum). Kui tuumast väljutatakse alfaosake, väheneb tuuma massiarv nelja ühiku võrra ja aatomnumber väheneb kahe ühiku võrra. Näiteks:
23892U → 42Ta + 23490Th
Heeliumituum on alfaosake.
Beetakiirgus
Beetakiirgus on elektronide voog, mida nimetatakse beetaosakesed. Beetaosakeste väljutamisel muundatakse tuumas olev neutron prootoniks, seega massiarv tuuma on muutumatu, kuid aatomiarv suureneb ühe võrra ühik. Näiteks:
23490 → 0-1e + 23491Pa
Elektron on beetaosake.
Gammakiirgus
Gammakiired on väga lühikese lainepikkusega (0,0005 kuni 0,1 nm) kõrge energiaga footonid. Gammakiirguse emissioon tuleneb energia muutumisest aatomituumas. Gammaemissioon ei muuda ei aatomnumbrit ega ka aatomnumbrit aatommass. Alfa- ja beetaemissiooniga kaasneb sageli gammaemissioon, kuna ergastatud tuum langeb madalamasse ja stabiilsema energia olekusse.
Alfa-, beeta- ja gammakiirgus kaasnevad ka indutseeritud radioaktiivsusega. Radioaktiivsed isotoobid valmistatakse laboris pommitusreaktsioonide abil, et muundada stabiilne tuum radioaktiivseks. Positroni (osake, millel on sama mass kui elektronil, kuid -1 asemel on +1 laeng) emissiooni ei täheldata looduslikus radioaktiivsuses, kuid see on indutseeritud radioaktiivsuse tavaline lagunemisviis. Pommireaktsioone saab kasutada väga raskete elementide, sealhulgas paljude selliste, mida looduses ei esine, tootmiseks.