radioaktivt henfald
kernerne i de fleste daglige atomer er stabile—det vil sige, de ændrer sig ikke over tid. Denne erklæring er dog noget vildledende, fordi kerner, der ikke er stabile, generelt ikke varer længe og derfor ikke har tendens til at være en del af hverdagens oplevelse. Faktisk, de fleste af de kendte isotoper af kerner er ikke stabile; i stedet, de gennemgår en proces kaldet radioaktivt henfald, som ofte ændrer identiteten af det originale atom.
ved radioaktivt henfald vil en kerne forblive uændret i en uforudsigelig periode og derefter udsende en højhastighedspartikel eller foton, hvorefter en anden kerne vil have erstattet originalen. Hver ustabil isotop henfalder med en anden hastighed; det vil sige, hver har en anden sandsynlighed for at henfalde inden for en given tidsperiode (se henfaldskonstant). En samling af identiske ustabile kerner forfalder ikke alle på en gang. I stedet, ligesom popcorn popping i en gryde, de vil henfalde individuelt over en periode. Den tid, det tager for halvdelen af den oprindelige prøve at henfalde, kaldes isotopens halveringstid. Halveringstiden for kendte isotoper spænder fra mikrosekunder til milliarder af år. Uran-238 (238U) har en halveringstid på omkring 4,5 milliarder år, hvilket er omtrent den tid, der er gået siden dannelsen af solsystemet. Således har jorden omkring halvdelen af den 238U, den havde, da den blev dannet.
der er tre forskellige typer radioaktivt henfald. I slutningen af det 19.århundrede, da stråling stadig var mystisk, blev disse former for henfald betegnet alfa, beta og gamma. I alfaforfald udsender en kerne to protoner og to neutroner, alle låst sammen i det, der kaldes en alfapartikel (senere opdaget at være identisk med kernen i et normalt heliumatom). Datteren, eller henfaldet, kerne vil have to færre protoner og to færre neutroner end originalen og vil derfor være kernen i et andet kemisk element. Når elektronerne har omarrangeret sig selv (og de to overskydende elektroner er vandret væk), vil atomet faktisk have ændret identitet.
i beta-henfald bliver en af neutronerne i kernen til en proton, en hurtig bevægende elektron og en partikel kaldet en neutrino. Denne emission af hurtige elektroner kaldes beta-stråling. Datterkernen har en færre neutron og en mere proton end originalen og er derfor igen et andet kemisk element.
i gamma henfald gør en proton eller neutron et kvantespring fra en højere til en lavere bane og udsender en højenergifoton i processen. I dette tilfælde er datterkernens kemiske identitet den samme som originalen.
når en radioaktiv kerne henfalder, sker det ofte, at datterkernen også er radioaktiv. Denne datter vil henfalde igen, og datterkernen i dette henfald kan også være radioaktivt. Således kan en samling af identiske atomer over tid omdannes til en blanding af mange slags atomer på grund af successive henfald. Sådanne henfald vil fortsætte, indtil der produceres stabile datterkerner. Denne proces, kaldet en henfaldskæde, opererer overalt i naturen. For eksempel henfalder uran-238 med en halveringstid på 4.5 milliarder år ind i thorium-234, der henfalder på 24 dage til protactinium-234, som også henfalder. Denne proces fortsætter, indtil den bliver bly-206, som er stabil (se uranium-thorium-bly dating). Farlige elementer som radium og radon produceres kontinuerligt i jordskorpen som mellemliggende trin i henfaldskæder.