방사성 원자핵이 입자를 방출하고 다른 원자핵으로 변하는 과정. 이 붕괴에 의해 생기는 원자핵은 원래의 것에 비해 원자번호가 2, 질량수가 4만큼 감소한다.

붕괴가 일어나는 원소는 약간의 예외를 제외하면 원자번호가 83 이상인 무거운 원자핵에 한정된다.

방출된 입자의 에너지는 균일한 경우가 많으며 몇 가지 서로 다른 그룹으로 나누어지는 수도 있다.

러더퍼드 산란에서 알 수 있듯이 입자와 원자핵 사이에는 정전기적인 반발력이 작용한다.

원자핵내의 입자에는 복잡한 힘이 작용하고 있는데 평균적으로 강한 결합력을 받고 있을 것이다.

따라서 입자의 포텐셜 에너지는 원자핵의 중심에서 어떤 거리까지는 음의 값이고 거기를 넘어서면 갑자기 높은 양의 값이 되며 중심에서부터의 거리에 반비례해서 내려간다.

정전기적 척력(斥力)보다 인력(引力)이 강한 범위내에서만 포텐셜이 음의 값이 되는데, 이것이 원자핵의 반지름이다.

입자의 에너지는 수MeV 밖에 안 되며 포텐셜 에너지가 가장 높은 곳에서는 수십 100MeV의 벽으로 되어 있어 입자가 튀어나가는 현상은 고전역학으로는 설명할 수 없다.

그러나 양자역학적(量子力學的)으로 다루면 터널 효과에 의해 설명할 수 있다.

붕괴하는 원자핵의 수명과 입자의 에너지 사이에는 가이거-누탈의 법칙이 성립한다는 것 이 실험으로 알려져 있는데, 터널 효과로 설명이 된다.

또 터널 효과는 선에 의한 원자핵반응을 이론적으로 다룰 수 있어서 원자핵 물리학의 발전에 중요한 역할을 한다.