Beetasäteilyllä tarkoitetaan elektroneja tai positroneja. Osa radioaktiivisista ytimistä lähettää beetasäteilyä hajotessaan. Tällaista hajoamista kutsutaan beetahajoamiseksi. Ytimestä vapautuu elektroni tai positroni. Samalla ytimessä neutroni muuttuu protoniksi, tai päinvastoin. Positroni ja elektroni ovat muuten samanlaisia, mutta positronilla on positiivinen varaus. Beetahajoaminen voidaan jakaa kahteen lajiin: beeta⁺ -hajoamiseen, jossa ytimestä vapautuu positroni, ja beeta^- -hajoamiseen, jossa vapautuu elektroni. Huomaa, että beeta^- -hajoamisessa vapautuva elektroni syntyy ytimessä neutronin muuttuessa protoniksi. Se ei ole peräisin atomin elektroniverhosta.

Beetasäteilyssä syntyvien elektronien ja positronien nopeuden havaittiin olevan niin pieni, että liikemäärän ja energian säilymisen perusteella prosessissa oletettiin syntyvän väistämättä myös jotakin muuta. Enrico Fermi (1901-1954) nimesi tämän oletetun erittäin kevyen ja varauksettoman hiukkasen neutriinoksi v. 1932. Neutriino havaittiin ensimmäisen kerran v. 1956.

Beetahajoaminen johtuu energeettisesti epäedullisesta neutronien ja protonien lukumäärien suhteesta ytimessä. Hajoamisen saa aikaan nukleonien sisältämien kvarkkien välinen heikko vuorovaikutus. Vuorovaikutuksessa säilyy kokonaisvaraus ja hiukkasten lukumäärä. Esimerkiksi protonin muuttuessa neutroniksi syntyy positroni, jotta positiivinen varaus säilyisi. Koska positroni on antihiukkanen, täytyy hiukkasten lukumäärän säilymiseksi vapautua myös jokin hiukkanen. Tämä hiukkanen on aiemmin mainittu neutriino. Heikkoon vuorovaikutukseen ja säilymislakeihin palataan tarkemmin luvussa 6.

Beeta^- -hajoaminen tapahtuu ytimissä, joissa on paljon neutroneja suhteessa protoneihin. Esimerkki tällaisesta on vedyn isotooppi H-3. Se hajoaa heliumin isotoopiksi He-3, kun ytimessä neutroni muuttuu protoniksi. Hajoamisen reaktioyhtälö on

 

[[$ \quad ^{3}_{1}\text{H} \rightarrow {^{3}_{2}\text{He}}+{^{\ \ \ 0}_{-1}\text{e}}+\bar{\nu} $]]

Yhtälössä voidaan merkitä elektroni vaihtoehtoisesti vain e.

Ytimessä oleva neutroni hajoaa protoniksi, elektroniksi ja antineutriinoksi.

Kirjoitettaessa reaktioyhtälöitä vasempaan alanurkkaan merkitään hiukkasen varaus. Atomiytimillä tämä on sama kuin järjestysluku Z. Vasempaan ylänurkkaan merkitään hiukkasen nukleonien määrä. Atomiytimillä tämä on sama kuin massaluku A. Näin toimien oikein kirjoitetusta reaktioyhtälöstä näkyy varauksen sekä nukleonien lukumäärän säilyminen: nurkissa olevien lukujen summat ovat samat alku- ja lopputilanteessa.

Beeta⁺ -hajoaminen tapahtuu, jos ytimessä on vähän neutroneja suhteessa protoneihin. Esimerkiksi typen isotooppi N-13 on beeta⁺ -aktiivinen aine, joka hajoaa hiilen isotoopiksi C-13. Hajoamisen reaktioyhtälö on

 

[[$ \quad ^{13}_{\ \ 7}\text{N} \rightarrow {^{13}_{\ \ 6}\text{C}}+{^{\ \ \ 0}_{+1}\text{e}}+\nu $]]

 

Ytimessä protoni hajoaa neutroniksi, positroniksi ja neutriinoksi.