Atomin ydin pysyy koossa ydinvoimien ansiosta. Voima, jota kutsutaan vahvaksi vuorovaikutukseksi, pitää ytimen samanmerkkisesti varautuneet protonit kiinni lähellä toisaan huolimatta selvästi heikommasta sähköisestä hylkimisvoimasta. Ydintä koossa pitävät voimat eivät siis riipu sähkövarauksesta. Toisaalta jos ytimessä on runsaasti nukleoneja, eivät ydinvoimat pysty pitämään ydintä koossa. Tällöin ydin hajoaa itsestään ja muuttuu jonkin toisen alkuaineen ytimeksi.

Erilaisia atomiytimiä tunnetaan yli 3100, joista alle 300 on pysyviä eli stabiileja. Epästabiili atomiydin voi hajota itsestään eli spontaanisti, jolloin ytimestä poistuu alfahiukkasia, beetahiukkasia tai gammasäteilyä. Alfahiukkasista muodostuva alfasäteily ja beetahiukkasista muodostuva beetasäteily ovat hiukkassäteilyä. Gammasäteily on taas runsaasti energiaa sisältävää sähkömagneettista säteilyä. Ydinten hajotessa muodostunutta säteilyä kutsutaan yhteisesti radioaktiiviseksi säteilyksi.