在自然界或科学实验中，有一些原子是极不安分的，它们能够自发地产生变化，有高能粒子或Y射线光子从它们的原子核中逃掉。由于原子核中的粒子数的减少，因而这种原子就变成了另外一种原子，而属于同一种元素的原子可以称为这种元素的同位素，这种能够从原子核释放出高能粒子和Y射线的原子，我们一般称之为有放射性的原子，由这种原子构成，或由放射性同位素所组成的元素，就是放射性元素。
放射性元素一般分为两类：天然放射性元素如铀、钍、锕等；另外是人工合成的人工放射性元素，如钷、锔、锝等。化学元素周期表显示的情况表明，在已发现的107种化学元素中，排在靠后的基本上都是放射性元素，并且以人工合成的放射性元素居多。另外一些本身并无放射性的元素，其同位素却具有放射性，这类放射性同位素也占有相当大的比重。
放射性元素都具有一个相同的特点，那就是，其原子不断进行变化并释放高能粒子和Y射线，这种变化根据自身元素的不同，时间则长短不一，长者可达数亿年，短则仅仅为几千分之一秒。因而，我们对于这种放射性元素的寿命很难估测，在化学上通常采用一种称为“半衰期”的计算方法，就是一种元素其衰变为原一半所需的时间。这种半衰期的测定既复杂、又简单，说其复杂，包括对元素内部原子活动情况的测定，这种原子发生变化可能是瞬间完成的，也可能需要很长时间，所以其原子变化是较难观测的；说其简单，这是当原子发生变化后，则很容易计算出其整体变化。
放射性元素的半衰期实际上就是对于该元素的稳定性的一种制定。如钍323这种同位素的半衰期为140亿年，那么无论从宏观还是从微观来讲，几乎与非放射元素一样，具有着较高的稳定性。而氦5这种同位素，其半衰期仅仅有一千亿分之一秒，因此人们是很难看到它的存在的。
放射性元素最早是法国物理学家亨利·贝尔勒尔在1896年发现的，从那时起，人们就开始探索放射性元素为什么会有放射性。目前研究结果，使人们对此有了大概的了解和认识，一般元素其原子核中有84个或多于84个质子的元素都是放射性元素。在原子核中，质子是带有正电荷的，根据库仑定律，“同种电荷相互排斥”理论，这种质子之间的相排斥力，使得原子核结构很不稳定。因而，只有放出带正电荷的质子才能保持稳定状态。当质子被释放后，其原子核中质子数目减少，因而就变成了另外一种元素。一种元素是否稳定，主要取决于原子核肉的中子与质子数值的比，即n∶p。这个比值太大或太小都是原子核不稳定的因素所在，通常认为在1.2∶1－1.5∶1的范围内，是元素稳定的条件。
放射性元素为什么可以通过释放质子或捕获电子来达到这种稳定状态，以及为什么n∶p在1.2∶1－1．5∶1之间，元素才具有稳定性这一现象，目前还无法准确地回答，还有待于科学家的努力。