Radioaktiivisuutta ei havaita välittömästi ja suoraan, vaan se voidaan mitata sopivilla erikoislaitteilla ja -yksiköillä. Jotkut atomit (radioaktiiviset atomit ja radioelementit) ovat epävakaita rakenteensa vuoksi. Radioaktiivisilla atomeilla on kyky käydä läpi spontaanin radioaktiivisen fission, ytimet on jaettu pieniksi hiukkasiksi, tämä on radioaktiivista hajoamista. Tähän prosessiin liittyy alfa- ja beetahiukkasten sekä gammasäteiden vapautumista. Jokaisella säteilytyypillä on oma erityinen energiatasonsa, jota emme voi tuntea.
Tällainen säteily voi tunkeutua elävään kudokseen ja vapauttaa muiden aineiden tavoin osan energiastaan. Jokaisella radioaktiivisella elementillä on oma puoliintumisaika. Tämä on ajanjakso, jonka aikana puolet tietyn radioaktiivisen aineen aktiivisista (epävakaista) ytimistä hajoaa. Se voi olla hyvin lyhyt (muutama tunti), mutta useammin se ulottuu useista päivistä (jodi 131) useisiin tuhansiin vuosiin (plutonium 239). Radioaktiivisen hajoamisen vuoksi radioaktiivisten elementtien säteilyn intensiteetti vähenee ajan myötä.