هناك 80 عنصر لديهم على الأقل نظير واحد مستقر (تعرف بأنها نظائر غير مشعة). وهناك اجمالا نحو 256 مثل هذه النظائر المستقرة. ومع ذلك، فهناك آلاف من النظائر المشعة (أي غير مستقرة). وتتحلل النظائر المشعة للوصول إلى حاة الاستقرار عن طريق أصدار أشعة ألفا أو أشعة بيتا أو أشعة جاما، وتتصف كل عملية تحلل لها بما يسمى عمر النصف وهذا قد يبلغ كسور من الثانية إلى أسابيع، وسنة، أو عدة بلايين من السنوات.
على سبيل المثال، إذا كان لنواة عدد قليل جدا أو عدد كبير جدا من النيوترونات (متتطرف عن المتوسط) فأنها تكون عادة غير مستقرة، وتتحلل. ففي عملية تسمى إضمحلال بيتا التي يتحلل بواسطتها النيتروجين-16 (وتتكون نواته من 7 بروتونات و9 نيوترونات) ويتحول إلى ذرةالأوكسجين-16 (ومكونات نواته 8 بروتونات و8 نيوترونات) في غضون ثوان قليلة من نشأة النيتروجين-16 أثناء تفاعل مثلا. في هذا النوع من التحلل أو الاضمحلال يتحول أحد النيوترونات في نواة النتروجين-16 تلقائيا إلى بروتون وإلكترون مع إصدار ما يسمى نقيض النيوترينو بواسطة القوة النووية الضعيفة، ويحدث ذلك التحلل بواسطة القوة النووية الضعيفة. فيتحول العنصر لعنصر آخر في العملية. وبينما كان لديه قبل التحلل 7 بروتونات (نيتروجين) لديها الآن 8 ويصبح أوكسجين.
وفي تحلل ألفا يتحلل عنصر مشع عن طريق إصدار نواة الهليوم-4 (وهي تتكون من 2 بروتون و 2 نيوترون)، وهي من أكثر العناصر استقرارا على الإطلاق. وعندا يطلق العنصر جسيم ألفا فإنه يتحول إلى عنصر آخر تحوي نواته عدد 2 من البروتونات و2 من النيوترونات أقل. في كثير من الحالات تستمر عملية التحلل خلال عدة خطوات من هذا النوع أو بنوع آخر من التحلل (مثل تحلل بيتا) حتى يتم تشكيل عنصرا مستقرا.
في تحلل جاما فلا يتغير نوع العنصر، فالنواة تحتفظ بنفس الأعداد الأصلية من بروتونات ونيوترونات، وكل ما في الأمر أنها تهبط من حالة إثارة إلى حالة أقل إثارة عن طريق اصدار فوتون من أشعة جاما، وتستمر عملية الهبوط من حالة إثارة إلى أخرى مع أصدار فوتون من أشعة جاما في كل مرة حتى تصل إلى الحالة القاعية وتصبح مستقرة. والعنصر لا يتغير في هذه العملية إلا أنه يفقد الطاقة الزائدة.
وهناك التحلل الداخلي، حيث تمتص النواة واحدا من إلكترونات المدارية الداخلية في الذرة ويتحول أحد البروتونات في النواة إلى نيوترون، بذلك يتغير الذرة إلى عنصر آخر حيث نقص عدد البروتونات بمقدار 1 ويزداد عدد النيوترونات بمقدار 1 وبهذا لا تتغير الكتلة الذرية ولكن يتغير العدد الذري (عدد البروتونات)، ويصاحب تلك العملية التي تسمى" اصتياد K "إصدار الطاقة الزائدة في هيئة فوتون من أشعة إكس.