放射性同位素衰變的快慢有一定的規律。例如，氡-222經過α衰變為釙-218，如果隔一段時間測量一次氡的數量級就會發現，每過3.8天就有一半的氡發生衰變。也就是說，經過第一個3.8天，剩下一半的氡，經過第二個3.8天，剩有1/4的氡；再經過3.8天，剩有1/8的氡。因此，我們可以用半衰期來表示放射性元素衰變的快慢。放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間，叫做這種元素的半衰期。不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差別非常大。例如，氡-222衰變為釙-218的時間為3.8天，鐳-226衰變為氡-222的時間為1620年，鈾-238衰變為釷-234的半衰期竟長達45億年。衰變是微觀世界里原子核的行為，而微觀世界規律的特征之一在于“單個的微觀世界是不可預測的”，即對于一個特定的氡原子，我們只知道它發生衰變的概率，而不知道它將何時發生衰變。一個特定的氡核可能在下1s就衰變，也可能在10min內發生衰變，也可能在200萬年之后再衰變。然而，量子理論可以對大量原子核的行為做出統計預測。例如，對于大量氡核，可以準確地預言在1s后，10min后，或200萬年后，各會剩下百分之幾沒有衰變。放射性元素的半衰期，描述的就是這樣的統計規律。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。一種放射性元素，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。