质子数相等而中子数不等的原子构成的元素互为同位素，同一种元素的同位素由于其中子数不同使其原子核的稳定性有很大的差异。不稳定的原子核会放 出肉眼看不见的射线，并随后变成另一种元素的同位素，这一过程叫做原子核的衰变（或蜕变），称这种能放出射线的元素（同位素）为放射性元素（同位素），由 这类元素（同位素）组成的物质叫做放射性物质。放射性物质放出的射线分为α射线、β射线和γ射线。
α粒子为高速运动的氦（He）原子核，由两个质子和两个中子组成，其质量为4，带两个单位正电荷。一般放射性同位素所发射的α粒子能量均在7百万电子伏特以下。射程很短（空气中约2～12cm），穿透能力弱，用很少的物质，如一张纸片即可将α粒子阻挡。
β射线为一束快速运动的负电子或正电子，质量很小。在几乎所有的放射性衰变中，β射线都与其他射性衰变相伴而生。若原子核内中子过多，则中子会分解为一个质子和一个负电子，β－射线就是由中子衰变出来的负电子。相反，β＋射线是因原子核中质子数过多而分解为中子和正电子时放射出来的正电子。通常，放射性同位素所放射的β射线能量都低于5百万电子伏特。β射线的射程比α粒子长（如磷32放出的β射线在空气中可射出7m），穿透能力虽比α粒子高，但用5mm厚的铝板亦可完全吸收β射线。
γ射线是一种不带电的、无静止质量的、波长很短（在10－8cm以下）的电磁波，是原子核从能量较高的受激态退到较为稳 定的基态时，释放出的多余能量。γ射线放出后，元素的原子序数和原子量均不变，但其半衰期等核性质发生了变化。γ射线一般与α射线或β射线同时放出。γ射 线具有很强的穿透力，不像α粒子及β射线那样易于被物质阻挡，射程亦相当大。一般来说，密度愈大的物质对γ射线的阻挡效果愈佳。通常核反应以及加速器实验 室均建造厚度250cm左右的钢筋水泥墙，以保证室外工作人员的安全。放射性同位素所产生的γ射线的能量均在3百万电子伏特以下，1.27cm厚的铅板可 将其减弱一半。