Phân rã phóng xạ (còn được gọi là phân rã hạt nhân, phóng xạ hoặc bức xạ hạt nhân) là quá trình mà một hạt nhân nguyên tử không ổn định mất năng lượng (theo khối lượng trong khung nghỉ của nó) bằng cách phát ra bức xạ, chẳng hạn như hạt alpha, hạt beta với neutrino hoặc chỉ là neutrino trong trường hợp thu giữ electron, hoặc tia gamma hoặc electron trong trường hợp chuyển đổi bên trong. Một vật liệu có chứa các hạt nhân không ổn định như vậy được coi là phóng xạ. Một số trạng thái hạt nhân sống ngắn có thể phân rã thông qua phát xạ neutron, hoặc hiếm hơn, phát xạ proton.