質子數相等而中子數不等的原子構成的元素互為同位素，同一種元素的同位素由于其中子數不同使其原子核的穩定性有很大的差異。不穩定的原子核會放 出肉眼看不見的射線，并隨后變成另一種元素的同位素，這一過程叫做原子核的衰變（或蛻變），稱這種能放出射線的元素（同位素）為放射性元素（同位素），由 這類元素（同位素）組成的物質叫做放射性物質。放射性物質放出的射線分為α射線、β射線和γ射線。
α粒子為高速運動的氦（He）原子核，由兩個質子和兩個中子組成，其質量為4，帶兩個單位正電荷。一般放射性同位素所發射的α粒子能量均在7百萬電子伏特以下。射程很短（空氣中約2～12cm），穿透能力弱，用很少的物質，如一張紙片即可將α粒子阻擋。
β射線為一束快速運動的負電子或正電子，質量很小。在幾乎所有的放射性衰變中，β射線都與其他射性衰變相伴而生。若原子核內中子過多，則中子會分解為一個質子和一個負電子，β－射線就是由中子衰變出來的負電子。相反，β＋射線是因原子核中質子數過多而分解為中子和正電子時放射出來的正電子。通常，放射性同位素所放射的β射線能量都低于5百萬電子伏特。β射線的射程比α粒子長（如磷32放出的β射線在空氣中可射出7m），穿透能力雖比α粒子高，但用5mm厚的鋁板亦可完全吸收β射線。
γ射線是一種不帶電的、無靜止質量的、波長很短（在10－8cm以下）的電磁波，是原子核從能量較高的受激態退到較為穩 定的基態時，釋放出的多余能量。γ射線放出后，元素的原子序數和原子量均不變，但其半衰期等核性質發生了變化。γ射線一般與α射線或β射線同時放出。γ射 線具有很強的穿透力，不像α粒子及β射線那樣易于被物質阻擋，射程亦相當大。一般來說，密度愈大的物質對γ射線的阻擋效果愈佳。通常核反應以及加速器實驗 室均建造厚度250cm左右的鋼筋水泥墻，以保證室外工作人員的安全。放射性同位素所產生的γ射線的能量均在3百萬電子伏特以下，1.27cm厚的鉛板可 將其減弱一半。