Ne všechny kombinace počtu protonů a neutronů tvoří stabilní jádra. Prvky s nestabilními jádry se samovolně přeměňují na jádra jiných prvků. Tato přeměna se nazývá radioaktivní přeměna, rozpad a jev - radioaktivita.

Radioaktivními atomy nazýváme atomy, jejichž jádra nejsou v čase stabilní a samovolně se mění na jádra jiná (která opět mohou být radioaktivní nebo jsou již stabilní). Přeměna nestabilních jader obsahujících nadbytek energie je provázena emisí částice, kvanta elektromagnetického záření nebo zachycením elektronu z elektronového obalu. Snahou radioaktivní přeměny je dosažení stability atomu.

Obecné schéma radioaktivní přeměny.

Protože procesy probíhají v jádře atomů, není možné rychlost přeměny jádra ovlivňovat žádným fyzikálním nebo chemickým procesem. Hranicí schopnosti udržet jádro stabilní je izotop Vizmutu , který je nejtěžším stabilním nuklidem. Všechna těžší jádra jsou nestabilní a samovolně se rozpadají na jádra lehčí, která jsou stabilní nebo ke stabilní konfiguraci vedou. Tento jev se nazývá  přirozená radioaktivita.

Přeměnové řady.

Vedle přirozené radioaktivity existuje také radioaktivita umělá, kdy nestabilita atomového jádra je vyvolána uměle (obvykle jadernou reakcí). Umělá radioaktivita se řídí stejnými zákonitostmi jako přirozená radioaktivita.

Štěpení uranu .

Radioaktivní přeměna je charakterizována třemi významnými vlastnosti:

• Mění chemickou podstatu látky; přeměnou se mění složení atomového jádra, a tím dochází ke změně jednoho nuklidu ve druhý, např. uran  se mění na thorium , radium  se mění na radon  .

• Je nezávislá na vnějších podmínkách (tlak, teplota, vlhkost, horotvorné pochody,….), to znamená, že rychlost radioaktivní přeměny daného radionuklidu nelze nijak ovlivnit, zpomalit nebo zastavit.  

• Je doprovázena emisí jednoho až tří druhů záření α (jádra helia), β (elektrony), γ (fotony) které působí na hmotné prostředí (ionizace, fluorescence,…).

Ionizující záření.

Jaderná přeměna je proces náhodný, který se uskutečňuje s určitou pravděpodobností. Nejsme schopni předpovědět, které jádro se v daném okamžiku přemění. Pokud je však počet radioaktivních jader dostatečně velký, je možné radioaktivní přeměnu matematicky popsat. Celkový počet N dosud nepřeměněných jader v čase t určíme ze vztahu

N_t - počet radioaktivních (dosud nepřeměněných) jader v čase t;

N₀ - počet radioaktivních jader v čase t = 0;

e - Eulerovo číslo, základ přirozených logaritmů (e = 2,71);

λ - přeměnová konstanta.

Při radioaktivní přeměně se počet radioaktivních atomů daného radionuklidu neustále zmenšuje. Pro charakteristiku rychlosti radioaktivní přeměny jádra se používá pojem fyzikální poločas přeměny. Grafické znázornění exponenciálního úbytku přeměňujících se radioaktivních jader je patrné z následující animace. Zvetšit video Stáhnout

Přehled vybraných radionuklidů a jejich fyzikální vlastnosti je uveden v tabulce.