ธาตุกัมมันตรังสีที่ไม่เสถียร จะมีการปลดปล่อยกัมมันตภาพรังสีออกมาเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียส การสลายตัวนี้เกิดขึ้นเอง
ธาตุกัมมันตรังสีถ้ามีการสลายตัว ปลดปล่อยรังสีแอลฟาหรือรังสีเบตา จะมีธาตุใหม่เกิดขึ้น การสลายตัวที่เกิดขึ้นนี้จะเป็นไปตามหลักโอกาสที่จะเป็นไปได้และขบวน-การแบบสุ่มทางสถิติ ธาตุแต่ละธาตุจะมีช่วงเวลาการสลายตัวสั้นหรือยาวเป็นสมบัติเฉพาะของธาตุนั้น
อัตราการสลายตัวของธาตุ จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนนิวเคลียสที่พร้อมจะสลายตัว อิทธิพลภายนอก เช่นความดันหรืออุณหภูมิไม่มีผลต่อการสลายตัว
เวลาครึ่งชีวิต หมายถึงระยะเวลาที่ธาตุแต่ละธาตุใช้ในการสลายตัวลดลงเหลือครึ่งหนึ่ง ไม่ว่าจะมีธาตุนั้นปริมาณเท่าใด แต่เมื่อเวลาผ่านไปเท่ากับเวลาครึ่งชีวิต
ธาตุจะมีจำนวนเหลือครึ่งหนึ่ง
การหาค่าเวลาครึ่งชีวิต บางครั้งโจทย์จะกำหนดให้ตรงๆ บางครั้งบอกทางอ้อม
เช่นสามารถหาได้จากกราฟแสดงความสัมพันธ์ของเวลากับจำนวน จากค่าสลายตัวคงที่
ค่าสลายตัวคงที่ สามารถหาได้จากค่าความน่าจะเป็น