Najpomembnejši pojav, pri katerem pride do spremembe jeder atoma, je pojav radioaktivnosti. Za jedra atomov nekaterih izotopov je značilno, da so nestabilna in zato razpadajo. Pri njihovem razpadu nastaja energija in določeni delci, jedra novonastalih atomov pa so stabilna. Poznamo tri vrste radioaktivnega sevanja (vrste sevanja):

• α sevanje: jedro odda 2 protona in 2 nevtrona (helijeva jedra). Ustavi ga list papirja;
• β sevanje: iz jedra odletijo elektroni. Ustavi ga 4 mm debela plošča aluminija;
• γ sevanje: novonastalo jedro odda odvečno energijo v obliki elektromagnetnega sevanja. Tako sevanje ustavi nekaj cm svinca. Je najbolj prodorno sevanje in najbolj nevarno.

Radioaktivni izotopi so zelo uporabni:

• v medicini (nuklearna medicina), za odkrivanje rakastih obolenj in različnih drugih obolenj, (¹³¹I za zdravljenje obolenj ščitnice, ¹⁸⁶Re za kostne rakave zasevke, ⁹⁹Tc za diagnostične in terapevtske namene ...);
• za ugotavljanje starosti izkopanin;
• za ugotavljanje razpok v kovinskih materialih ...

V jedrskih elektrarnah obstreljujejo težka jedra atomov elementa urana z nevtroni. Pri tem jedra urana razpadejo na lažja jedra. Del njihove mase se pretvori v energijo (sevanje). Poleg sevanja se sproščajo tudi novi nevtroni, ki sprožijo novo cepitev. Pojav imenujemo verižna reakcija. Lažja jedra, ki pri cepitvah nastanejo, so radioaktiven odpadek in jih je potrebno varno odložiti. V Sloveniji je v pripravi gradnja odlagališča za radioaktivne odpadke.