崩壊系列
大多数の放射性元素は直接安定状態にまで崩壊することはなく、より安定な同位体にたどり着くまで一連の崩壊を順々に起こす。
崩壊段階は、それらの前段階と後段階の関係によって表される。親核種(おやかくしゅ、parent nuclide) は放射性崩壊を経て 娘核種(むすめかくしゅ、daughter nuclide) へと変化する。娘核種は安定であるか、さらにその娘核種へと崩壊を起こす。娘核種の娘核種は、しばしば孫核種(まごかくしゅ、granddaughter nuclide)とも呼ばれる。
ある親核種がその娘核種に崩壊するのに必要な時間には大きな開きがある。これは異なる親核種-娘核種で所要時間に差があるだけに限らず、同じ親核種-娘核種のペアであっても全原子がいっせいに崩壊するわけではなく崩壊には時間差がある。各原子の崩壊は独立に起こることから、最初に存在した原子数が時間経過によってどう減少するかは、経過時間 t によって、指数関数的に e と表現できる。ここで、λ は 崩壊定数 である。
放射性崩壊の主な崩壊モードは、アルファ崩壊、ベータ崩壊、核異性体転移(英:isomeric transition)、自発核分裂の4種類である。また、ベータ崩壊はさらにβ崩壊(陰電子崩壊)、β崩壊(陽電子崩壊)、電子捕獲とに別けられる。これらの崩壊プロセスのうち、アルファ崩壊では核の質量数が常に4減少し、ベータ崩壊や核異性体転移では質量数が変化しない。このため、自発核分裂(人為的な核分裂も含む)を除く崩壊では質量数を4で割った余りが同じままとなり、この余りによって核種を4つの系列に分類することができる。これは、いかなる核種でもいずれかの系列に分類可能であることを意味する。
自然界で見られるものは、これら系列(ファミリー)のうち主に3種類であり、トリウム系列、ウラン系列(ラジウム系列)、アクチニウム系列と呼ばれる。これらは4つの系列のうちの3つであり、鉛の異なる3種類の安定同位体に至って崩壊を終える。各同位体の質量数は、それぞれ「4n」、「4n+2」、「4n+3」と表現できる。長寿命の開始同位体 Th, U および U の3核種は地球の形成時から存在し、Pu 前駆体(precursor)も地球上にごく微量ながら見られてきた。.
第4の系列は質量数が「4n+1」と表現されるネプツニウム系列であり、開始核種である Np が地球の年齢に比べてはるかに短寿命な同位体であることから、最後の律速段階を除いてはすでに消滅している系列である。
その他にも C のように、より短い系列が多く存在する。地球上では、それら開始同位体の多くが宇宙線によって生成され、人工的には原子力発電の副産物として生成されている。