يعتمد الانحلال الإشعاعي للمواد الإشعاعية على عملية تحويل النواة الذرية، حيث تتحول نواة ذرية ثقيلة إلى نواة أخرى أخف وأكثر استقراراً، مع إطلاق الإشعاع في شكل جسيمات أو طاقة إشعاعية. ويتم ذلك عادة عن طريق الانحلال الإشعاعي الطبيعي، أو عن طريق التعرض للإشعاع الشديد أو التلوث الإشعاعي.
الأساس الكيميائي للانحلال الإشعاعي يشمل التفاعلات النووية، مثل الانحلال الإشعاعي لليورانيوم U-238 إلى الرصاص Pb-206 بإطلاق الإشعاعات الألفا والبيتا والغاما، وهذا يتطلب عملية تحوير النواة الذرية. ويحدث ذلك بواسطة عدة آليات كالتحلل الإشعاعي الألفا والبيتا والغاما ومنها تحويل البروتونات إلى نيوترونات وتحويل نيوترونات إلى بروتونات.
يتمثل الأساس الكيميائي للانحلال الإشعاعي في تحويل النظائر إلى نظائر آخر خارج إطار عنصر كما في حال صدم جسيمة مشحونة ولها كتلة وسرعة محددة فارتطامها بالنواة الذرية يؤدي إلى تغير من زمرتها النووية.