Núcleos atômicos grandes são instáveis porque perdem nêutrons e prótons ao longo do tempo. Um núcleo é composto de nêutrons descarregados e prótons carregados positivamente que, em átomos grandes, não podem ser mantidos juntos de maneira estável pelo átomo forte força.
Partículas com cargas semelhantes, como prótons, se repelem. A forte força atômica neutraliza os efeitos repulsivos que os prótons têm uns sobre os outros dentro de um núcleo atômico. Os núcleos atômicos com um baixo número de prótons exibem uma força repulsiva correspondentemente pequena, enquanto os núcleos atômicos com um grande número de prótons exibem uma força muito maior. Os cientistas se referem ao equilíbrio entre as forças eletrostáticas repulsivas e as forças atômicas de ligação como a energia de ligação de um núcleo. A energia de ligação de núcleos atômicos grandes e instáveis é insuficiente para impedir que o átomo irradie prótons e nêutrons ao longo do tempo.
Os cientistas se referem às partículas ejetadas por núcleos atômicos instáveis como radiação. A radiação ocorre em uma taxa previsível em alguns átomos, permitindo aos cientistas usar núcleos atômicos instáveis para determinar a idade dos materiais que os contêm. Átomos com núcleos instáveis continuam a irradiar partículas até atingirem um estado mais estável, no qual a energia de ligação do núcleo tem força suficiente para manter o átomo unido.
