物理学上，一个放射性同位素的半衰期是指一个样本内，其放射性原子的衰变至原来数量的一半所需的时间。半衰期越短，代表其原子越不稳定，每颗原子发生衰变的机会率也越高。
　　由于一个原子的衰变是自然地发生，即不能预知何时会发生，因此会以机会率来表示。每颗原子衰变的机率大致相同，做实验的时候，会使用千千万万的原子。当原子开始发生衰变，其数量会越来越少，衰变的速度也会因而减慢。例如一种原子的半衰期为一小时，一小时后其未衰变的原子会剩下原来的二分一，两小时后会是四分一，三小时后会是八分一。
　　原子的衰变会产生出另一种元素，并会放出阿尔法、贝塔粒子或中微子，在发生衰变后，该原子也会释出伽傌射线。根据爱因斯坦的质能守恒公式E = mc2，衰变是其中一个把质量转为能量的方式。通常衰变所产生的产物多也是带放射性，因此会有一连串的衰变过程，直至该原子衰变至一稳定的同位素。

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