處于遠離穩定線的放射性核素，由于其質子和中子數目差異很大，呈現出與穩定核素不同的的新規律，因而成為當今核物理研究的前沿。這些新規律包括原子核存在彌散的邊緣、奇異的衰變現象（如雙質子或中子發射）和幻數的變化甚至消失等。這些新的規律和性質，也可以應用到核天體物理研究中。
另一個研究前沿是超重元素的合成。科學家通過兩個重原子核利用加速器相撞，從其中挑選出來最高質子數的穩定或放射性核素，從而突破了天然核素的疆界。自然界最重的核素的質子數為92個，而科學家已經人工合成到質子數為118的超重元素。可以預見，在將來如果可以合成穩定的超重元素，將使人類找到更多的合成新材料的途徑。