Radioactiviteit komt van materie die spontaan ioniserende straling uitzendt.
Het kan gaan om spontane splijting (desintegreren) van kernen van radionucliden. Anders dan bij chemische processen is dit sterk afhankelijk van de isotoop. Radioactief verval is een natuurkundig fenomeen. Na de desintegratie verandert de atoomkern van samenstelling; hij bevat meer of minder protonen en/of neutronen. Zo ontstaan er andere nucliden en daarmee soms een andere isotoop van hetzelfde chemisch element, maar meestal een ander element.
Het kan ook gaan om zuiver bètaverval of gammaverval, of elektronenvangst. De overgang hangt af van de energietoestand van de nucliden.
In sommige situaties is het ontstane atoom, ook wel de dochternuclide genoemd, zelf ook weer instabiel. Het proces gaat door totdat er een stabiele atoomkern is ontstaan. Men spreekt dan van een vervalketen.