تتغير النظائر المشعة مع مرور الوقت عن طريق عملية تسمى الانحلال الإشعاعي. يحدث الانحلال الإشعاعي عندما يتحول نواة ذرية غير مستقرة إلى نواة ذرية أخرى أكثر استقرارًا من خلال إرسال جسيمات مشعة أو طاقة إشعاعية. يمكن أن يحدث الانحلال الإشعاعي بعدة طرق مختلفة، بما في ذلك الانحلال الألفا، الانحلال البيتا، الانحلال الجاما، وغيرها.
عندما يتحول نواة ذرية غير مستقرة إلى نواة ذرية أخرى، يتم تحويل بعض الطاقة إلى طاقة إشعاعية تنبعث من النواة المشعة. يمكن أن تكون هذه الإشعاعات متنوعة وتشمل الإشعاع الألفا (إشعاع جسيمات ألفا)، الإشعاع البيتا (إشعاع جسيمات بيتا)، والإشعاع الجاما (إشعاع كهرومغناطيسي عالي التردد).
بمجرد أن يتحول النظير المشع إلى نواة ذرية أكثر استقرارًا، لا يتغير بعد ذلك. ومع ذلك، فإن سرعة التحول الإشعاعي ونصف العمر (الوقت اللازم لانحلال النصف من النظائر المشعة) تختلف بشكل كبير بين النظائر المختلفة. بعض النظائر ينحلون بسرعة كبيرة وتكون لديها نصف عمر قصير، بينما ينحل الآخرون ببطء ويكون لديهم نصف عمر طويل.
لذلك، فإن تغير النظائر المشعة مع مرور الوقت يعتمد على نوع النظائر وسرعة انحلالها. يمكن استخدام الانحلال الإشعاعي لقياس عمر الصخور والمواد العضوية القديمة، وكذلك لأغراض أخرى مثل العلاج الإشعاعي والتشخيص الطبي.