放射性元素的原子核有半數發生衰變時所需要的時間，叫半衰期（Half-life）。隨著放射的不斷進行，放射強度將按指數曲線下降，放射性強度達到原值一半所需要的時間叫做同位素的半衰期。原子核的衰變規律是：N=N0×(1/2)t/T其中：N0是指初始時刻（t=0）時的原子核數t為衰變時間，T為半衰期，N是衰變後留下的原子核數。放射性元素的半衰期長短差別很大，短的遠小於一秒，長的可達數百億年。

在物理學中，尤其是高中物理，半衰期並不能指少數原子，它的定義為：放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間。衰變是微觀世界裡的原子核的行為，而微觀世界規律的特徵之一在於“單個的微觀事件是無法預測的”，即對於一個特定的原子，我們只知道它發生衰變的機率，而不知道它將何時發生衰變。然而。量子理論可以對大量原子核的行為做出統計預測。而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原子核內部自身決定的，與外界的物理和化學狀態無關。