不稳定的核素因为发射出辐射而变为其它种核素的过程，在这里，辐射可以是粒子或电磁辐射。这过程的实现倚赖量子穿隧机制。伽莫夫提出的α衰变机制是首次成功应用量子力学于核子现象的案例。放射性衰变也是天体生物学的一个重要论题，因为放射性衰变能够长期产生能量在适居带以外的环境，其无法利用太阳照射来产生能量。例如，土卫二拥有活跃的地质，它很可能存在着生命，量子穿隧效在这里扮演了很重要的角色。长期放射性核素，铀-238、铀-235与钍-232等等，通过α衰变给出放射热，其能够融化土卫二内部的冰结构，从而促使潮汐热也能有