放射性同位素衰變方式主要有：
1.α衰變
原子核自發地放射出α粒子而轉變成另一種核的過程叫做α衰變。對于天然放射性同位素而言，只有質量數A大于140的重原子核才能產生α衰變，特別是原子序數Z大于82和質量數A大于209的放射性同位素，都以α衰變為主。α衰變的通式為：
2.β衰變
β粒子有正、負電子之分，放出正電子的稱β衰變，放出負電子的為β衰變。β衰變的通式，
3.K軌道電子捕獲
原子核從核外K層捕獲一個軌道電子的過程稱為軌道電子捕獲。其通式是：
K捕獲和β衰變所產生的子體是相同的，究竟發生那一類衰變，取決于衰變前后能量的變化。
4.γ衰變
γ射線是從原子核內部放出的一種電磁輻射，常伴隨α或β射線產生。γ衰變的母體和子體是同種同位素，只是原子核內部能量狀態不同而已。γ衰變亦可稱為同質異能躍遷。
5.核裂變
重核分裂成兩個或幾個中等質量的碎片，同時發射出中子和能量的過程稱為原子核裂變。自發裂變是在沒有外來粒子轟擊的情形下自行發生的核裂變，它同樣可用半衰期來衡量裂變發生的難易程度。自然界的自發裂變僅見于鈾和釷的同位素。比較α衰變，鈾和釷的自發裂變的分支比很小，幾乎可以忽略。
誘發裂變是指原子核在外來粒子轟擊下發生的裂變。用各種粒子（中子、質子、γ射線等）轟擊鈾和釷的同位素都可以導致誘發裂變。
前面已經提到，放射性同位素的衰變和裂變的速度是不依賴于外界條件而恒定地進行著。但對單個原子，究竟何時發生衰變則無法預測。對大量的放射性原子核，可以從統計意義上確定其整個原子數量是如何隨時間而發生變化的。
