Una radiazione α [ES], chiamata anche particella α, è costituita da due protoni e due neutroni e viene emessa ad alta velocità da un nucleo di un radioisotopo. È incapace di attraversare sottili strati metallici, basta un sottile foglio di carta per assorbirle completamente e nell’aria riesce a percorrere solo 7 cm. Le particelle α hanno poca energia (la loro velocità è circa venti volte inferiore a quella della luce nel vuoto) e un basso potere penetrante; non sono quindi molto pericolose. Esse sono chiamate anche elioni (essendo identiche al nucleo dell’atomo d’elio).

Salvo poche eccezioni, il decadimento con emissione di particelle α è caratteristico soltanto dei radioisotopi molto pesanti, con numero atomico superiore a 82 e numero di massa superiore a 200, nei quali le forze repulsive fra i protoni non sono neutralizzate da un numero sufficiente di neutroni. Il fatto che queste specie isotopiche espellano particelle α piuttosto che protoni e neutroni singoli è dovuto alla eccezionale stabilità dell’aggregato di quattro nucleoni che corrisponde ad una particella α. Con l’emissione α il nuclide (è un sinonimo di isotopo)originario si trasforma in un’altra specie chimica, in quanto il suo numero atomico diminuisce di due unità: diventa pertanto un isotopo dell’elemento che lo precede di due posti nella classificazione periodica.

Una radiazione β^-[E], chiamata anche particella β^-, è un elettrone che si origina a partire da un neutrone; tale neutrone si trasforma in un protone ed emette (o per così dire «perde») un elettrone. È questo un tipo di decadimento molto frequente per i nuclidi caratterizzati da un rapporto fra neutroni e protoni eccessivamente alto. Nel decadimento β^- il numero di nucleoni del radionuclide originario resta invariato nel nuclide risultante, che conserva quindi il suo stesso numero di massa, mentre aumenta di una unità, rispetto a quello del nuclide genitore, il suo numero atomico; si passa così dal nuclide dell’elemento originario a un nuclide dell’elemento subito successivo nella classificazione periodica: un esempio molto famoso è .

Le particelle β^- sono emesse dal nucleo ad altissima velocità e, avendo una massa quasi settemila volte inferiore e una velocità circa tripla delle particelle α, sono molto più penetranti e pericolose; sono infatti capaci di penetrare sottili strati metallici e molti centimetri di aria.

Le radiazioni γ[E]sono radiazioni elettromagnetiche di altissima frequenza (l = 10–100 pm) che hanno un’energia circa 30.000 volte superiore a quella dei fotoni della luce visibile. Non sono particelle elementari e la loro emissione fa diminuire solamente l’energia del nucleo. Sono molto più penetranti delle particelle α e β e riescono ad attraversare diversi metri di aria e anche strati di 25 cm di piombo. La denominazione raggi γ non caratterizza però un determinato intervallo di lunghezze d’onda, ma vuol precisare solo l’origine nucleare della radiazione: una radiazione di ugual lunghezza d’onda (l) ma di origine extranucleare, generata in altro modo è denominata radiazione X, per quanto sia fisicamente indistinguibile da una radiazione γ. I raggi γ accompagnano il decadimento α o β di una quindicina di radionuclidi naturali e di molti più radionuclidi artificiali. Essi vengono emessi senza variazione del numero di massa o del numero atomico e sono l’eco esterna delle variazioni di energia che accompagnano l’assestamento dei nucleoni nei nuclei risultanti dal processo di decadimento radioattivo. Molto spesso, infatti, l’espulsione di una particella α o β genera il nuovo nucleo in uno stato eccitato (cioè caratterizzato da un contenuto energetico più elevato del normale) il quale si riassesta verso lo stato energetico più stabile attraverso la emissione di energia sotto forma di radiazione elettromagnetica γ.

Esistono anche altri due tipi di decadimenti radioattivi i decadimenti β⁺ e quelli per cattura elettronica (o cattura K). I primi sono caratteristici di nuclidi con basso rapporto fra neutroni e protoni e tendono a trasformarsi in modo da aumentare tale rapporto per conseguire uno stato di stabilità. Questa volta è un protone a trasformarsi in un neutrone con l’espulsione di una particella di massa identica a quella dell’elettrone ma carica positiva (anziché negativa: i cosiddetti positroni). La trasformazione di un protone in un neutrone può realizzarsi anche per cattura di un elettrone extranucleare che ruoti molto vicino al nucleo (la cattura K). Mentre il decadimento β⁺ è caratteristico di quei nuclidi con basso valore di Z, il decadimento per cattura K è caratteristico per nuclidi con alto valore di Z.

Il tempo impiegato da una sostanza radioattiva a trasformarsi in un’altra viene detto periodo di semitrasformazione[E] e può essere molto breve, cioè dell’ordine i pochi secondi, oppure molto lungo, dell’ordine cioè di migliaia di anni.