放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间，叫半衰期。随着放射的不断进行，放射强度将按指数曲线下降，放射性强度达到原值一半所需要的时间叫做同位素的半衰期。放射性元素的半衰期长短差别很大，短的远小于一秒，长的可达数百亿年。放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身决定的，与外界的物理和化学状态无状态无关。
衰变是微观世界里的原子核的行为，而微观世界规律的特征之一在于“单个的微观事件是无法预测的”，即对于一个特定的原子，我们只知道它发生衰变的概率，而不知道它将何时发生衰变。然而。量子理论可以对大量原子核的行为做出统计预测。而放射性元素的半衰期，描述的就是这样的统计规律。