Découverte en 1896 par Henri Becquerel à partir des effets des rayonnements émis par des sels d'uranium, elle est maintenant définie par les phénomènes qui sont à leur origine. De nombreux nucléides sont instables : ils se transforment spontanément de façon aléatoire en d'autres nucléides en émettant différentes sortes de particules ainsi que de l'énergie (photons). Plusieurs processus existent : alpha, β+ et β-, émission de proton, émission de neutron, double désintégration β, radioactivité 2-protons. La fission spontanée est également possible pour les nucléides les plus lourds.