放射性元素（確切地說應為放射性核素）是能夠自發地從不穩定的原子核內部放出粒子或射線（如α射線、β射線、γ射線等），同時釋放出能量，最終衰變形成穩定的元素而停止放射的元素。這種性質稱為放射性，這壹過程叫做放射性衰變。含有放射性元素（如U、Th、Ra等）的礦物叫做放射性礦物。
放射性元素衰變的快慢是由核內部自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態核外部條件都沒有關系。壹種放射性元素，不管它是以單質的形式存在，還是與其他元素形成化合物，或者對它施加壓力、提高溫度，都不能改變它的半衰期。這是因為壓力、溫度與其他元素的化合等，都不會影響原子核的結構。
原子核的能量也跟原子的能量壹樣，其變化是不連續的，也只能取壹系列不連續的數值，因此也存在著能級，同樣是能級越低越穩定。放射性的原子核在發生α衰變、β衰變時，往往蘊藏在核內的能量會釋放出來，使產生的新核處於高能級，這時它要向低能級躍遷，能量以γ光子的形式輻射出來。因此，γ射線經常是伴隨α射線和β射線產生的。當放射性物質連續發生衰變時，原子核中有的發生α衰變，有的發生β衰變，同時就會伴隨著γ輻射。這時，放射性物質發出的射線中就會同時具有α、β和γ三種射線。