原子核放出α粒子或β粒子，由于核電荷數變了，它在周期表中的位置就變了，變成另一種原子核。我們把這種變化稱之為原子核的衰變。鈾-238放出一個α粒子后，核的質量數減少4，電荷數減少2，稱為新核。這個新核就是釷-234核。這種衰變叫做α衰變。這個過程可以用下面的衰變方程表示：23892U→23490Th+42He。在這個衰變過程中，衰變前的質量數等于衰變后的質量數之和；衰變前的電荷數等于衰變后的電荷數之和。
大量觀察表明，原子核衰變時電荷數和質量數守恒。在α粒子中，新核的質量數于原來的新核的質量數有什么關系？相對于原來的核在周期表中的位置，23892U在α衰變時產生的23490Th也具有放射性，它能放出一個β粒子而變為23491Pa（鏷）。由于電子的質量比核子的質量小得多，因此，我們可以認為電子的質量為零、電荷數為-1、可以把電子表示為0-1e。這樣，原子核放出一個電子后，因為其衰變前后電荷數和質量數都守恒，新核的質量數不會改變但其電荷數應增加1。其衰變方程為：23490Th→23491Pa+0-1e。放出β粒子的衰變叫做β衰變。β衰變的實質在于核內的中子數（10n）轉化為了一個質子和一個電子。其轉化方程為10n→11P+0-1e，(n:neutorn中子、p:proton質子)，這種轉化產生的電子發射到核外，就是β粒子；與此同時，新核少了一個中子，卻增加了一個質子。所以，新核質量數不變，而電荷數增加1。2個中子和2個質子能十分緊密地結合在一起，因此在一定的條件下他們會作為一個整體從較大的原子核中被拋射出來，于是，放射性元素就發生了α衰變。
原子核的能量也跟原子的能量一樣，其變化是不連續的，也只能取一系列不連續的數值，因此也存在著能級，同樣是能級越低越穩定。放射性的原子核在發生α衰變、β衰變時，往往蘊藏在核內的能量會釋放出來，使產生的新核處于高能級，這時它要向低能級躍遷，能量以γ光子的形式輻射出來。因此，γ射線經常是伴隨α射線和β射線產生的。當放射性物質連續發生衰變時，原子核中有的發生α衰變，有的發生β衰變，同時就會伴隨著γ輻射。這時，放射性物質發出的射線中就會同時具有α、β和γ三種射線。