2500 ცნობილი ატომის ბირთვთაგან დაახლოებით 90% სტაბილური არ არის. არასტაბილური ბირთვები თვითნებურად გადაიქცევიან სხვა ბირთვებად, რასაც თან ახლავს ნაწილაკების ამოფრქვევა.
ამ თვისებას რადიოაქტივობა ეწოდება. დიდი ბირთვებისთვის არასტაბილურება მიიღწევა ბირთვის ნუკლონების მიზიდვის ძალებსა და პროტონების კულონური განზიდვის ძალებს შირის კონკურენციის შედეგად. Z > 83 მუხტის და A > 209 მასური რიცხვის მქონე სტაბილური ბირთვები არ არსებობდნენ. მაგრამ რადიოაქტიური შეიძლება აღმოჩნდეს Z და A რიცხვების გაცილებით ნაკლები მნიშვნელობების მქონე ატომის ბირთვებსაც. თუ ბირთვი შეიცავს მნიშვნელოვნად მეტ პროტონს ვიდრე ნეიტრონს, მაშინ არასტაბილურობა გამოწვეულია კულონური ურთიერთქმედების ენერგიის სიჭარბით. ბირთვები, რომლებიც ჭარბ ნეიტრონებს, არასტაბილურები არიან იმის ხარჯზე, რომ ნეიტრონების მასა ჭარბობს პროტონების მასას. ბირთვის მასის გაზრდა მისი ენერგიის ზრდას იწვევს.
რადიოაქტივობის მოვლენა ფრანგი მეცნიერის ა.ბეკერელის მიერ იქნა აღმოაჩენილი 1896 წელს, რომელმაც აღმოაჩინა, რომ ურანის მარილები ასხივებენ უცნობ გამოსხივებას, რომელსაც შეუძლია სინათლისათვის გაუმჭვირვალე წინაღობაში გავლა და იწვევს ფოტოემულსიის გაშავებას. ორი წლის შემდეგ ფრანგმა მეცნიერებმა მარია და პიერ კიურებმა თორიუმის რადიაქტივობა იპოვეს და აღმოაჩინეს ორი ახალი რადიოქტიური ელემენტი - პოლონიუმი 
და რადიუმი 
.
შემდეგ წლებში რადიაქტიური გამოსხივების ბუნებას მრავალი ფიზიკოსი სწავლობდა, და მაღ შორის ე.რეზერფორდი და მისი მოსწავლეები. დადგინდა, რომ რადიოქტიურ ბირთვებს შეულიათ გამოასხივონ სამი სახის ნაწილაკები: დადებითი, უარყოფთი და ნეიტრალური. მათ უწოდეს α-, β- და γ გამოსხივება. ნახ.1-ზე ექსპერიმენტის სქემაა გამოსახული, რომელიც რადიოაქტიური ნივთიერების რთული აგებულების აღმოჩენის საშუალებას იძლევა. მაგნიტურ ველში α- და β-სხივები გადაიხრებიან სხვადასხვა მიმართულებით, ამასთან β-სხივები გაცილებით დიდად გადაიხრებიან. γ-სხივები მაგნიტურ ველში არ გადაიხრებიან.
ნახ. 1.
α-, β- და γ-სხივების აღმოსაჩენი ცდის სქემა. К – ტყვიის კონტეინერი, П – რადიაქტიული ნივთიერება, Ф – ფოტოფირფიტა, 
– მაგნიტური ველი
რადიაქტიული გამოსხივების ეს სამი სახე ნივთიერების ატომების იონიზაციის უნარის მიხედვით ერთმანეთისაგან ძლიერ განსხვავდება და, აქედან გამომდინარე, განჭოლვის უნარითაც. უმცირესი განჭოლვის უნარი α-სხივებს ახასიათებს. ჰაერში ნორმალურ პირობებში α-სხივები რამდენიმე სანტიმეტრიან გზას გაივლიან. β-სხივები გაცილებით ნაკლებად შთაინთქმება ნივთიერების მიერ. მათ შეუძლიათ რამდენიმე მილიმეტრიან ალუმინის ფენაში გავლა. ყველაზე დიდი განჭოლვის უნარი γ-სხივებს აქვთ, რომლებიც 5-10 სმ სისქის ტყვიის ფენაში გადიან.
XX საუკუნის მეორე ათწლეულში, რეზერფორდის მიერ ატომის ბირთვის აგებულების აღმოჩენის შემდეგ მკაცრად იქნა დადგენილი, რომ რადიოაქტივობა - ატომის ბირთვების თვისებაა. კვლევებმა α-გამოსხივება ჰელიუმის 
ბირთვის α-ნაწილაკების ნაკადს წარმოადგენს, β-სხივები - ელექტრონების ნაკადია, γ-სხივები უკიდურასად მცირე λ < 10–10 м ტალღის სიგრძის მოკლეტალღოვან ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას წარმოადგენს და ამის გამო აქვს მკვეთრად გამოსახული კორპუსკულური თვისებები, ე.ი. γ-ქვანტების ნაკადს წარმოადგენს.
ალფა-დაშლა. ალფა დაშლა ეწოდება Z რაოდენობის პროტონების და ნეიტრონებისა მქონე ატომის ბირთვის თვითნებურ გარდაქმნას N რაოდენობა პროტონებისა და ნეიტრონების მქონე სხვა ბირთვად, რომელიც შეიცავს Z – 2 რაოდენობა პროტონებს და Z – 2 რაოდენობა ნეიტრონებს. ამ დროს გამოსხივდება α-ნაწილაკი – 
ჰელიუმის ატომის ბირთვი. ასეთი პროცესის მაგალითად გამოდგება რადიუმის α-დაშლა:
რადიუმის ბირთვიდან გამოსხივებულ α-ნაწილაკებს რეზერფორდი მძიმე ელემენტების ბირთვებზე გაბნევის ცდებში იყენებდა. რადიუმის დაშლისას გამოსხივებული α-ნაწილაკების სიჩქარე, რომელიც მაგნიტურ ველში მისი ტრაექტორიის სიმრუდის მიხედვით იზომება, დაახლოებით 1,5·107 მ/წმ-ს ტოლია, ხოლო შესაბამისი კინეტიკური ენერგია 7,5·10–13 ჯ-ს (დაახლოებით 4,8 მევ-ს). ეს სიდიდე ადვილად შეიძლება იქნეს განსაზღვრული პირველადი (მშობელი) და წარმოქმნილი (შვილობილი) ბირთვების და ჰელიუმის ბირთვის ცნობილი მასების საშუალებით. მიუხედავად იმისა, რომ ამოტყორცნილი α-ნაწილაკის სიჩქარე უზარმაზარია, ის სინათლის სიჩქარის მხოლოს 5 %-ს წარმოადგენს, ამიტომ გათვლისას კინეტიკური ენერგიისთვის შეიძლება არარელატივისტური გამოსახულების გამოყენება.
კვლევებმა უჩვენეს, რომ რადიაქტიური ნივთიერება α-ნაწილაკებს შეიძლება ასხივებდეს ენერგიის რამდენიმე დისკრეტრული მნიშვნელობით. ეს იმით აიხსნება, რომ ატომების მსგავსად, ბირთვები შეიძლება იმყოფებოდნენ სხვადასხვა აღგზნებულ მდგომარეობაში. ერთ-ერთ ასეთ აღგზნებულ მდგომარეობაში α-დაშლის მომენტში შეიძლება აღმოჩნდეს შვილობილი ბირთვი. ამ ბირთვის ძირითად მდგომარეობაში შემდგომი გადასვლისას γ-ქვანტი გამოსხივდება. რადიუმის α-დაშლის სქემა კინეტიკური ენერგიის ორი მნიშვნელობის α-ნაწილაკების გამოსხივებით მოცემულია ნახ.2-ზე.
ნახ. 2.
რადიუმის ბირთვის α-დაშლის ენერგეტიკული დიაგრამა. მითითებულია რადონის 
ბირთვის აღგზნებული მდგომარეობა. რადონის ბირთვის აღგზნებული მდრომარეობიდან ძირითადში გადასვლას თან ახლავს 0,186 მევ ენერგიის γ-ქვანტის გამოსხივება
ამგვარად, ბირთვის α-დაშლას ხშირ შმთხვევაში თან ახლავს γ-გამოსხივება.
α-დაშლის თეორიაში დაშვებულია, რომ ბირთვის შიგნით შეიძლება წარმოიქმნებოდეს ორი პროტონისა და ორი ნეიტრონისაგან შემდგარი ჯგუფები, ე.ი. α-ნაწილაკები. მშობელი ბირთვი α-ნაწილაკებისთვის პოტენციურ ორმოს წარმოადგენს, რომელიც პოტენციური ბარიერითაა შემოსაზღვრული. α-ნაწილაკების ენერგია საკმარისი არ არის ამ ბარიერის გადასალახად (ნახ.3). ბირთვიდან α-ნაწილაკის ამოფრენა შესაძლებელია მხოლოდ ქვანტურ-მექანიკური მოვლენის ხარჯზე, რომელსაც ტუნელურ ეფექტს უწოდებენ. ქვანტური მექნიკის თანახმად, არსებობს ნაწილაკის მიერ ბარიერის ქვეშ გავლის ნულისაგან დანსხვავებული ალბათობა. ტუნელირების მოვლენას ალბათური ხასიათი აქვს.
ნახ. 6.7.3.
პოტენციური ორმოს α-ნაწილაკის მიერ ტუნელირება
ბეტა-დაშლა. β-დაშლისას ბირთვიდან ამოიტყორცნება ელექტრონი. ბირთვის შიგნით ელექტრონებს არსებობა არ შეუძლიათ, ისინი დაშლისას ნეიტრონის პროტონად გადაქცევის შედეგად წარმოიქმნებიან. ეს პროცესი შეიძლება ხდებოდეს არა მარტო ბირთვის შიგნით, არამედ თავისუფალი ნეიტრონის შემთხვევაშიც. თავისუფალი ნეიტრონის სიცოცხლის ხანგრძლივობა დაახლოებით 15 წუთს შეადგენს. დაშლისას ნეიტრონი 
გადაიქცევა პროტონად 
და ელექტრონად 
.
გაზომვებმა უჩვენეს, რომ ამ პროცეში დაიკვირვება ენერგიის შენახვის კანონის მოჩვენებითი დარღვევა, რადგანაც ნეიტრონის დაშლისას წარმოქმნილი ელექტრონისა და პროტონის ენერგიების ჯამი ნეიტრონის ენერგიაზე ნაკლებია. 1931 წელს პაულმა გამოთქვა აზრი იმის შესახებ, რომ ნეიტრონის დაშლისას გამოიყოფა კიდევ ერთი ნაწილაკი მასისა და მუხტის ნულოვანი მნიშვნელობით, რომელსაც ენერგიის ნაწილი მიაქვს. ახალმა ნაწილაკმა მიიღო სახელი ნეიტრინო (მცირე ნეიტრონი). მასისა და მუხტის არქონის გამო ნეიტრინო სუსტად ურთიერთქმედებს ნივთიერების ატომებთან, ამიტომ ექსპერიმენტით მისი აღმოჩენა ძალიან ძნელია. ნეიტრინოს მაიონიზებელი მოქმედება იმდენად მცირეა, რომ 500 კმ-ს მანძილის გავლისას იონიზაციის მხოლოდ ერთი აქტია შესაძლებელი. ეს ნაწილაკი აღმოჩენილი იქნა მხოლოდ 1953 წელს. დღეისათვის ცნობილია, რომ არსებობს ნეიტრინოს რამდენიმე სახეობა. ნეიტრონის დაშლისას წარმოიქმნება ნაწილაკი, რომელსაც ელექტრონულ ანტინეიტრინოს უწოდებენ. ის აღინიშნება 
სიმბოლოთი. ამიტომ ნეიტრონის დაშლის რეაქცია ჩაიწერება შემდეგი სახით
ანალოგიური პროცესი β-დაშლისას ხდება ბირთვის შიგნითაც. ბირთვის ერთ-ერთი ნეიტრონის დაშლისას წარმოქმნილი ელექტრონი, მაშინვე ამოიტყორცნება მშობელი ბირთვიდან, სინათლის სიჩქარისაგან მხოლოდ პროცენტის ნაწილით განსხვავებული, უზარმაზარი სიჩქარით. რადგანაც, β-დაშლისას გამოყოფილი ენერგიის განაწილება ელექტრონს, პროტონსა და შვილობის ბირთვშორის შემთხვევით ხასიათს ატარებს, β-ელექტრონებს შეიძლება გააჩნდეთ სხვადასხვა სიჩქარეები მნიშვნელობათა ფართო ინტერვალიდან.
β-დაშლისას მუხტის რიცხვი Z ერთით იზრდება, ხოლო მასის რიცხვი A რჩება უცვლელი. შვილობილი ბირთვი იმ ელემენტის ერთ-ერთი იზოტოპის ბირთვი აღმოჩნდება, რომელიც მენდელეევის სისტემაში ერთი რიგითი ნომრით მეტია საწყისი ბირთვის რიგით ნომერზე. β-დაშლის ტიპურ მაგალითად შეიძლება გამოდგეს ურანის 
α-დაშლისას წარმოქმნილი თორიუმის 
იზოტოპის გადაქცევისას 
პალადიუმად:
ელექტრონულის β-დაშლის გარდა აღმოჩენილია ე.წ. პოზიტრონული β+-დაშლა, რომლის დროსაც ბირთვიდან ამოიტყორცნება პოზიტრონი 
და ნეიტრინო 
. პოზიტრონი ნაწილაკია, რომელიც ელექტრონის ნაწილაკ-ორეულს წარმოადგენს, და მისგან მხოლოდ მუხტის ნიშნით განსხვავდება. პოზიტრონის არსებობა გამოჩენილი ფიზიკისის დირაკის მიერ იქნა ნაწინასწარმეტყველები 1928 წელს. რამდენიმე წლის მერე პოზიტრონი იქნა აღმოჩენილი კოსმოსური სხივების შემადგენლობაში. პოზიტრონები წარმოიქმნებიან პროტონის ნეიტრონად გადაქცევის რეაქციისას შემდეგი სქემით:
გამა- დაშლა. α- და β- რადიაქტივობისგან განსხვავებით ბირთვის γ -რადიაქტივობა ბირთვის შიგა სტრუქტურასთან არ არის დაკავშირებული და თან არ ახლავს მუხტის ან მასის რიცხვის ცვლილება. როგორც α-, ისე β-დაშლისასაც შვილობილი ბირთვი რამდენადმე აღგზნებულ მდგომარეობაში შეიძლება აღმოჩნდეს და ჰქონდეს ჭარბი ენერგია. ბირთვის აღგზნებული მდგომარეობიდან ძირითად მდგომარეობაში გადასვლას თან ახლავს ერთი ან რამდენიმე γ-ქვანტის გამოსხივება, რომელთა ენერგია შეიძლება რამდენიმე მევ-ს აღწევდეს.
რადიაქტიური დაშლის კანონი. რადიოაქტიური ნივთიერების ნებისმიერ ნიმუშში რადიაქტიური ატომების უზარმაზარი რიცხვია. რადგანაც რადიაქტიურ დაშლას შემთხვევითი ხასიათი აქვს და გარე პირობებზე არ არის დამოკიდებული, მოცემული t მომენტისათვის დაუშლელი ბირთვების N (t) რაოდენობა შეიძლება რადიაქტუირი დაშლის პროცესის მნიშვნელოვან სტატისტიკურ მახასიათებელს წარმოადგენდეს.
ვთქვათ მცირე Δt დროის შუალედში დაუშლელი ბირთვების რიცხვი N (t) ΔN < 0-თი შეიცვალა. რადგანაც თითეული ბირთვის დაშლის ალბათაობა დროში უცვლელია, დაშლების რიცხვი ბირთვების N (t) რიცხვის და Δt დროის შუალედის პროპორციული იქნება:
ΔN = –λN (t) Δt.
პროპორციულობის კოეფიციენტი λ – Δt = 1 წმ-ში ბირთვების დაშლის ალბათობაა. ეს ფორმულა ნიშნავს, რომ N (t) ფუნქციის 
ცვლილენის სიჩქარე თვით ფინქციის პირდაპირპროპორციულია.
მსგავსი დამოკიდებულება მრავალ ფიზიკურ ამიცანაში წამოიშვება (მაგალითად, კონდენსატორის რეზისტორიდან დამუხტვისას). ამ განტოლების ამოხსნას ექსპონენციალურ კანონამდე მივყევართ:
N (t) = N0 e–λt,
სადაც N0 – რადიოაქტიური ბირთვების საწყისი რიცხვია t = 0 მომენტისათვის. τ = 1 / λ დროისათვის დაუშლელი ბირთვების რიცხვი e ≈ 2,7 -ჯერ კლებულობს. τ სიდიდეს ბირთვის სიცოცხლის საშუალო დროს უწოდებენ.
პრაქტიკული გამოყენებისათვის რადიოაქტიური დაშლის კანონის ჩაწერა სხვა სახითაა მოსახერხებელი. ძირითადი რიცხვის e -ს ნაცვლად 2-ს გამოყენებით:
N (t) = N0 · 2–t/T.
T სიდიდეს ნახევარდაშლის პერიოდს უწოდებენ. T დროის განმავლობაში იშლება რადიოაქტიური ბირთვების საწყისი რაოდენობის ნახევარი. T და τ სიდიდეები დაკავშირებული არიან თანაფარდობით
ნახ. 4-ზე რადიოაქტიური დაშლის კანონია ილუსტრირებული.
ნახ.4.
რადიოაქტიური დაშლის კანონი
ნახევდაშლის პერიოდი პროცესის სიჩქარის დამახასიათებელი ძირითადი სიდედეა. რაც ნაკლებია ნახევარდაშლის პერიოდი, მით უფრო ინტერსიურად მიმდინარეობს დაშლა. მაგალითად, ურანისათვის T ≈ 4,5 მოლიარდი წელია, ხოლო რადიუმისათვის T ≈ 1600 წელი. ამიტომაც რადიუმის აქტუვობა გაცილებით მეტია, ვიდრე ურანისა. არსებობენ რადიოაქტიური ელემენტები რომელთა ნახევარდაშლის პერიოდი წამის ნაწილია.
α- და β-რადიოაქტიური დაშლისას შვილობილი ბირთვი შეიძლება ასევე არასტაბილური აღმოჩნდეს. ამიტომაც შესაძლებელია რადიოაქტიური დაშლების თანმიმდევრული სერია, რომლებიც სტაბილური ბირთვების წარმოქმნით სრულდებიან. ბუნებაში რამდენიმე ასეთი სერია არსებობს. ყველაზე გრძელია 
-ს სერია, რომელიც 14 თანმიმდევრული დაშლისგან შედგება (8 α- და 6 β-დაშლისგან). ეს სერია სრულდება ტყვიის სტაბილური 
იზოტოპის წარმოქმნით (ნახ. 5).
ნახ. 5.
რადიოაქრიური 
დაშლის სერიის სქემა. მითითებულია ნახევარდაშლის პერიოდები
ბუნებაში არსებობს 
-ის ანალოგიური კიდევ რამდენიმე რადიოაქტიული სერია. ცნობილია აგრეთვე სერია, რომელიც იწყება ნეპტუნიუმიდან 
რომელიც ბუნებრივ პირობებში არ მჟღავნდება, და მთავრდება ბისმუტზე 
ეს სერია რადიოაქტიური დაშლისა წარმოიქმნება ბირთვულ რეაქციებში.
რადიოაქტივობის საინტერესო გამოყენება არის არქეოლოგიური და გეოლოგიური მონაპოვრების დათარიღების მეთოდი რადიოაქტიური იზოტოპების კონცენტრაციის მიხედვით. ყველაზე ხშირად გამოიყენება დათარიღების რადიონახშირბადის მეთოდი. 
ნახშირბადის არასტაბილური იზოტოპი წარმოიქმნება ატმოსფეროში ბირთვული რეაქციების შედეგად, რაც კოსმოსური სხივებით არის გამოწვეული. ამ იზოტოპის მცირე პროცენტი არის ჰაერში ჩვეულებრივ სტაბილურ 
იზოტოპთან ერთად. მცენარეები და სხვა ორგანიზმები მოიხმარენ ნახშირბადს ჰაერიდან და მათში გროვდება ორივე იზოტოპი იმავე პროპორციით, რაც ჰაერშია. მცენარეების სიკვდილის შემდეგ ისინი ატოვებენ ნახშირბადის მოხმარებას და არასტაბილური იზოტოპი თანდათან გარდაიქმნება აზოტად 
5730 წლიანი ნახევარდაშლის პერიოდით. უძველესი ორგანიზმების ნაშთებში 
რადიოაქტიული ნახშირბადის ფარდობითი კონცენტრაციის ზუსტი გაზომვით შეიძლება დადგინდეს მათი სიკვდილის დრო.
ყველა სახის რადიოაქტიული გამოსხივება (ალფა, ბეტა, გამა, ნეიტრინო), ასევე ელექტრომაგნიტური რადიაცია (რენტგენის გამოსხივება) ახდენენ ძალიან ძლიერ ბიოლოგიურ ზემოქმედებას ცოცხალ ორგანიზმებზე, რაც მდგომარეობს ცოცხალი უჯრედების შემადგენლობაში არსებული ატომებისა და მოლეკულების აღგზნებასა და იონიზაციაში. მაიონიზირებელი რადიაციის ზემოქმედებით ირღვევა რთული მოლეკულები და უჯრედული სტრუქტურები, რაც იწვევს ორგანიზმის სხივურ დაზიანებას. ამიტომ ნებისმიერ რადიაციასთან მუშაობისას უნდა მიღებული იქნას რადიაციული დაცვის ყველა ზომა.
თუმცა ადამიანი შეიძლება დაექვემდებაროს მაიონიზირებელ რადიაციას საყოფაცხოვრებო პირობებშიც. ადამიანის ჯანმრთელობისთვის სერიოზულ საფრთხეს შეიძლება წარმოადგენდეს ინერტული, უფერო, რადიოაქტიული გაზი რადონი 
როგორც ნახ. 5 სქემიდან ჩანს, რადონი არის რადიუმის α-დაშლის პროდუქტი და მისი ნახევარდაშლის პერიოდია T = 3,82 დღე. რადიუმი, მცირე ოდენობით არის ნიადაგში, ქვებში, სხვადასხვა სამშენებლო კონსტრუქციებში. მცირე სიცოცხლის ხანგრძლივობის მიუხედავად, რადონის კონცენტრაცია უწყვეტად ივსება რადიუმის ბირთვების ახალი დაშლებით, ამიტომ რადონი შეიძლება დაგროვდეს დახურულ ნაგებობებში. ფილტვებში მოხვედრისას რადონი ასხივებს α-ნაწილაკებს და გარდაიქმნება პოლონიუმად 
რომელიც არ არის ქიმიურად ინერტული ნივთიერება. შემდეგ მოსდევს ურანის სერიის რადიოაქტიული გარდაქმნების ჯაჭვი (ნახ. 5). ამერიკის რადიაციული უსაფრთხოებისა და კონტროლის კომისიის მონაცემებით, ადამიანი საშუალოდ ღებულობს მაიონიზებელი რადიაციის 55%-ს რადონისგან და მხოლოდ 11%-ს სამედიცინო პროცედურებისგან. კოსმოსური სხივების წვლილი შეადგენს დაახლოებით 8 %-ს. სიცოცხლის განმავლობაში ადამიანის მიერ მიღებული სრული დოზა მრავალჯერ ნაკლებია ზღვრულად დასაშვებ დოზაზე (ზდდ), რომელიც დგინდება ზოგიერთი პროფესიის ადამიანებისთვის, რომლებიც დამატებით მაიონიზებელ გამოსხივებას ექვემდებარებიან.