radioaktiivinen hajoaminen
useimpien arkiatomien ytimet ovat stabiileja—eli ne eivät muutu ajan kuluessa. Tämä väite on kuitenkin hieman harhaanjohtava, koska tumakkeet, jotka eivät ole stabiileja, eivät yleensä kestä kauan eivätkä siten yleensä ole osa arkikokemusta. Itse asiassa suurin osa tunnetuista ytimien isotoopeista ei ole stabiileja, vaan ne käyvät läpi radioaktiiviseksi kutsutun prosessin, joka usein muuttaa alkuperäisen atomin identiteettiä.
radioaktiivisessa hajoamisessa ydin pysyy muuttumattomana jonkin arvaamattoman ajan ja lähettää sitten suurinopeuksisen hiukkasen tai fotonin, jonka jälkeen eri ydin on korvannut alkuperäisen. Jokainen epävakaa isotooppi hajoaa eri nopeudella; toisin sanoen jokaisella on eri todennäköisyys hajota tietyn ajan kuluessa (KS.hajoamisvakio). Kokoelma samanlaisia epävakaita ytimiä eivät kaikki hajoa kerralla. Sen sijaan kuin popcornit poksahtelevat pannulla, ne mätänevät yksittäin ajan kuluessa. Aikaa, joka kuluu puoleen alkuperäisestä näytteestä hajoamiseen, kutsutaan isotoopin puoliintumisajaksi. Tunnettujen isotooppien puoliintumisajat vaihtelevat mikrosekunneista miljardeihin vuosiin. Uraani-238: n (238U) puoliintumisaika on noin 4,5 miljardia vuotta, mikä on suunnilleen aurinkokunnan muodostumisesta kulunut aika. Maapallolla on siis noin puolet siitä 238U: sta, joka sillä oli muodostuessaan.
on olemassa kolme erilaista radioaktiivista hajoamistyyppiä. 1800-luvun lopulla, jolloin säteily oli vielä mystistä, näitä hajoamismuotoja merkittiin alfaksi, beetaksi ja gammaksi. Alfahajoamisessa ytimestä irtoaa kaksi protonia ja kaksi neutronia, jotka kaikki ovat lukittuneet yhteen niin sanottuun alfahiukkaseen (joka myöhemmin todettiin identtiseksi normaalin heliumatomin ytimen kanssa). Tytärytimessä eli rappeutuneessa ytimessä on kaksi vähemmän protonia ja kaksi vähemmän neutronia kuin alkuperäisessä, joten se on eri alkuaineen ydin. Kun elektronit ovat järjestyneet uudelleen (ja kaksi ylimääräistä elektronia ovat harhautuneet pois), atomi on itse asiassa muuttanut identiteettiään.
beetahajoamisessa yksi ytimen neutroneista muuttuu protoniksi, nopealiikkeiseksi elektroniksi ja hiukkaseksi, jota kutsutaan neutriinoksi. Tätä nopeiden elektronien emissiota kutsutaan beetasäteilyksi. Tytärytimessä on yksi neutroni vähemmän ja yksi protoni enemmän kuin alkuperäisessä, joten se on jälleen eri alkuaine.
gammahajoamisessa protoni tai neutroni tekee kvanttihypyn korkeammalta radalta matalammalle, jolloin prosessissa syntyy suurienerginen fotoni. Tällöin tytärytimen kemiallinen identiteetti on sama kuin alkuperäinen.
kun radioaktiivinen ydin hajoaa, usein käy niin, että tytärydin on myös radioaktiivinen. Tämä tytär hajoaa vuorostaan, ja sen tytärydin voi olla myös radioaktiivinen. Näin ollen kokoelma identtisiä atomeja voi ajan myötä muuttua monenlaisten atomien seokseksi peräkkäisten hajoamisten vuoksi. Tällainen hajoaminen jatkuu, kunnes syntyy vakaita tytärytimiä. Tämä hajoamisketjuksi kutsuttu prosessi toimii kaikkialla luonnossa. Esimerkiksi uraani-238 hajoaa puoliintumisajan ollessa 4.5 miljardia vuotta torium-234: ksi, joka hajoaa 24 päivässä protaktinium-234: ksi, joka myös hajoaa. Tämä prosessi jatkuu, kunnes se saa lyijy-206: n, joka on stabiili (katso uraani-torium-lyijy iänmääritys). Maankuoressa syntyy jatkuvasti vaarallisia alkuaineita, kuten radiumia ja radonia, välivaiheena hajoamisketjuissa.