Radioaktiivinen hajoaminen on tapahtuma, jossa rakenteeltaan epävakaa atomiydin ilman ulkoista vaikutusta hajoaa ja menettää energiaa muuttuen kevyemmiksi atomiytimiksi. Prosessissa vapautuu ionisoivaa säteilyä, joka on hajoamisesta riippuen joko sähkömagneettista säteilyä, hiukkassäteilyä tai useimmiten molempia.
Aineen radioaktiivisuus voi ilmetä monilla eri tavoilla riippuen siitä, millä tavalla atomiytimet hajoavat.
Alfahajoaminen,Beeta-miinus -hajoaminen,Beeta-plus -hajoaminen,Gammahajoaminen ja
Spontaani fissio.
Aine, joka syntyy radioaktiivisen aineen hajotessa, saattaa edelleen olla radioaktiivinen, samoin kuin sen hajoamistuote. Suurin osa luonnossa esiintyvistä radioaktiivisista aineista kuuluukin johonkin kolmesta hajoamis­sarjasta, joista käytetään tunnetuimpien jäsentensä mukaan nimityksiä toriumsarja, uraanisarja (tai radiumsarja) sekä aktiniumsarja. Kukin näistä päättyy stabiiliin lyijyisotooppiin.