我们再返回去看看放射性元素是怎样被发现和被认识的。其实在放射性物质研究之初，人们就注意到了许多放射性气体。
1899年，在加拿大麦克吉尔大学，一位名叫欧文的教授发现，放射性元素钍的放射性并不稳定。他做了一个比较研究，先将钍放在一密闭器皿中，它的放射性强度并不变，然后再将钍放在一敞开的器皿中，表面的空气会影响它的放射性强度。他想，很可能从钍中分解出了一些气体物质，因此他给这些设想的气体起了一个名字，叫“钍射气”。
大约就在同时，居里夫妇发现，空气与镭的化合物相接触后也产生了放射性。对此，德国科学家道恩分析道，镭不断地发散着具有放射性的气体，为此他将这种放射性气体叫做“镭射气”。
卢瑟福和索迪研究了镭射气，发现这些气体也在不断消失，可是消失的气体变成了什么呢？
1902年，索迪回到了英国，见到了拉姆塞。拉姆塞是一个有名的化学家，他先与著名的科学家瑞利一起发现了惰性元素氩，后来又独自发现了氦。氦曾经被天文学家们从太阳观测中发现，但拉姆塞则首先在地球上发现了它。由于拉姆塞实验技术精湛，他又测定了氩与氦的原子量，确定了它们在元素周期表中的位置。此后拉姆塞与他的助手合作发现了氪、氖和氙。由于他在惰性元素上的开创性研究，他于1903年被封为爵士，并于1904年获得诺贝尔化学奖。
由于拉姆塞对惰性元素非常熟悉，当索迪回到英国与拉姆塞一起做放射性研究时，拉姆塞帮助索迪证实，镭辐射出的α粒子，也就是氦离子。进一步的研究，拉姆塞又发现所谓“钍射气”和“镭射气”是同一种物质，并且是一种新元素，即氡。在为新元素命名时，人们叫它“Radon”，意思就是“镭射气”。这也是被发现的第四个天然放射性元素。当然最先发现氡元素的是道恩，而测量它的原子量的还是拉姆塞，但这是比较晚的事了。
这一时期，科学家们对“射气”还是非常有兴趣。例如，1900年，克鲁克斯发现在提取铀时，可以产生一些氢氧化铁，这些氢氧化铁具有放射性。克鲁克斯认为，其中可能含有不溶的固体物质，这种物质具有放射性。虽然未能提取出来，为了称呼上的方便，克鲁克斯叫它UX（实际是钍-234），意思是从铀中发现的未知物。有趣的是，溶解于碳酸铵溶液中的铀却无放射性。与克鲁克斯同时，贝克勒尔也观察到了这种现象。贝克勒尔发现，过了一年，残渣的放射性消失了，但原来溶解在碳酸铵中的已消失掉放射性的铀又恢复了放射性。这是怎么回事呢？是放射性物质在捉迷藏，还是在搞恶作剧呢？
1902年，卢瑟福与索迪在溶解钍矿石后，再加氨得到氢氧化钍。将氢氧化钍沉淀分解出来后，发现这些氢氧化钍的放射性更强了，并能辐射射线。这也是一种新元素吗？
为此，他们暂命名为ThX（实际上是镭-224）。卢瑟福与索迪还据此提出放射性衰变理论。尽管开始有许多人反对这种假设，并引起了与开尔文等人的争论，但放射性衰变理论很快就被人们接受了。
此后，卢瑟福又与麦克吉尔大学的布鲁克斯女士一起发现，凡贮存过氡的器皿都具有了放射性，哪怕是只存过几分钟也一样。可能氡有一些东西沉积在器皿之中了。研究进一步发现，这是一个较为复杂的过程，即氡可能产生了镭A（实际上为钋-218），镭A再衰变为镭B（实际上是铅-214），镭B进一步衰变为镭C（实际上是铋-214），镭C再变为镭D（即铅-210），镭D变为镭E（即铋-210），镭E变为镭F（钋-210）。此后，又有人测定了氡的半衰期，大约为385天。
这样，许多研究人员不断地实验，到1907年时，他们先后共发现了30种新元素。这么多的元素应把它们安置在元素周期表的什么位置呢？这可成了一个难题。接着，人们对这些新元素的化学性质进行了对比性研究。发现其中许多元素的性质相近，例如，1906年发现钍（钍-232）衰变时，经过一些中间产物变成了射钍（BaTh，即钍-238）。其实它们都是钍，只是半衰期不同，钍的半衰期为165亿年，而射钍则不到2年。可是，如果把二者混在一起后，利用化学方法却无法将它们分开。
类似的实验还有很多。对此，索迪进行了认真的总结，并提出了“同位素”的概念。他认为，同一个化学元素化学性质完全一样，但它们的原子量是不同的，放射性也可以是不同的。它们在化学元素周期表上可以“挤”在一个元素的位置上，这也就是为什么叫它们“同位素”的原因。
同位素的概念同原来的化学元素概念是相矛盾的。按照元素周期表理解，同种元素的原子应具有相同的原子量，而同位素则表示同种元素可具有不同的原子量。那为什么这些不同的原子可以“挤”在一种元素的名下呢？索迪也无法对此做出适宜的解释。这还有待于后来人对原子结构的进一步研究。由手索迪在放射性元素和同位素理论上的研究成果，他于1921年获得了诺贝尔化学奖。