单β衰变一样，这个过程能使原子更接近最优的质子中子比。作为这种变换的结果，原子核射出两枚能被侦测的β粒子，即是电子或正电子。双β衰变共有两种：“寻常”双β衰变和“无中微子”双β衰变。寻常双β衰变在多种同位素中都被观测到，过程中衰变核射出两电子和两反电中微子。而无中微子双β衰变则是一项假想过程，从未曾被观测过，过程中只会射出电子。
历史.双β衰变这个概念最初由玛丽亚·格佩特-梅耶于1935年提出。埃托雷·马约拉纳于1937年证明了若中微子为其自身的反粒子，则β衰变理论的所有结果不