En ustabil (det vil si radioaktiv) kjerne kan bli mer stabil etter utslipp av partikler og energi. Denne prosessen kalles forfall (Radioaktivt forfall). Disse partiklene eller energien (sistnevnte slippes ut av elektromagnetiske bølger) blir kollektivt referert til som stråling. Strålingen som slippes ut av ustabile kjerner kan være alfa (heliumkjerne) partikler, beta (elektroner eller positroner) partikler, gammastråler eller nøytroner.
Under forfallsprosessen av en radionuklid reduseres antall kjerner av nukliden gradvis. Tiden som kreves for å forfalle til bare halvparten av den opprinnelige massen kalles halveringstiden til nukliden. Hver radionuklid har en bestemt halveringstid, alt fra noen få mikrosekunder til millioner av år.
Et fenomen der en atomkjerne blir en ny kjerne på grunn av utslipp av en bestemt partikkel. Kjernen er et kvantesystem. Kjernefysisk forfall er en spontan forandring av kjernen. Det er en kvanteovergangsprosess, og den adlyder lovene i kvantestatistikk. For enhver radionuklid er det nøyaktige øyeblikket av forfallet uforutsigbart, men som helhet er forfallets lov veldig klar. Hvis antall kjernefysiske forfall i dt tidsintervallet er dN, må det være proporsjonalt med antall atomkjerner N tilstede på den tiden, og åpenbart også proporsjonal med tidsintervallet dt.
Det finnes tre typer forfall: alfa forfall, beta forfall og gamma forfall.
Kjernefysisk fisjon
Kjernefysisk fisjon refererer til splitting av en kjerne i flere kjerner. Kjernefysisk fisjon er vanligvis forårsaket av nøytroner bombardere kjernen med en større masse. Etter kjernen fisjon dannes to deler av lik masse og energi frigjøres, noe som noen ganger resulterer i en kjede Reaksjonen oppstod. Energi = masse ╳ hastighet på lys kvadrert