放射性核素，也叫不稳定核素，是相对于稳定核素来说的。它是指不稳定的原子核，能自发地放出射线（如α射线、β射线等），通过衰变形成稳定的核素。衰变时放出的能量称为衰变能，衰变到原始数目一半所需要的时间成为衰变半衰期，其范围很广，分布在1015年到10-12秒之间。
核素的放射性是由法国物理学家贝克勒尔于1896年在研究物质的荧光时发现的。自然界存在许多种放射性衰变。衰变后中子或质子的数量不同，因此大多衰变后产生了新的元素。最常见的衰变是α衰变、β衰变、γ衰变。这三种衰变中，原子核分别放出α粒子（氦原子核）、β粒子（电子）和γ射线（高能光子）。此外，还有电子俘获、自发裂变、质子发射、集团发射等衰变种类。
α粒子是带电粒子，其穿透力最小，一张纸可挡住。β粒子次之，可由铝屏蔽。伽玛射线穿透力强，必须使用比较厚的材料阻挡，例如一层非常厚的铅。