放射性元素在衰變過程中，其放射性原子核的數目會逐漸減少。一個元素的半衰期，是其放射性原子核衰變至數目僅得原來一半所需的時間。放射性原子核經若干次半衰期後所剩餘分數列於下表：

不同的放射性元素的半衰期可以有很大的差異。例如，鈾-238的半衰期為 45億年，而在我們日常生活中常遇到的放射性氣體氡- 222的半衰期只是3.8天。因此，它們的放射性原子核會分別於90億年 和 7.6天後減少到原來的四分之一。

半衰期的認識有許多應用。俗稱放射性碳的碳-14，是一種同位素碳，具有約5730年半衰期。在光合作用下，植物吸收空氣中的放射性碳成為它的一部份。在植物中的放射性碳, 會於它們枯萎或被消耗後進入其他生物（包括人類）。從剩餘的放射性碳含量，考古學家可以估算其樣品的年齡。半衰期亦可應用在法醫學上。例如，釙-210具138天的半衰期。從被謀殺的前俄羅斯聯邦安全官員利特維年科體內測量到的釙-210比例，偵測人員可推算該物質的生產日期。