Phản ứng hạt nhân là phản ứng làm thay đổi khối lượng của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân xảy ra cả trong tự nhiên và trong các lò phản ứng hạt nhân. Trong các lò phản ứng hạt nhân, phản ứng hạt nhân tiêu chuẩn là sự phân rã của uranium-235.
Các nguyên tố siêu nặng trong bảng tuần hoàn, nghĩa là, những nguyên tố có số nguyên tử vượt quá 83, trải qua quá trình phân rã alpha để giảm số lượng proton và neutron trong hạt nhân của nguyên tử.
Các nguyên tố có tỷ lệ neutron so với proton cao trải qua quá trình phân rã beta, trong đó neutron bị biến đổi thành proton và electron. Vì toàn bộ quá trình diễn ra trong hạt nhân của nguyên tử và hạt nhân chỉ có thể chứa các proton và neutron, electron được tạo ra được đẩy ra từ hạt nhân dưới dạng hạt beta.
Gamma phân rã, không giống như các chế độ phân rã phóng xạ khác, không làm thay đổi số lượng proton và neutron trong hạt nhân của nguyên tử - thay vào đó, nó làm giảm mức năng lượng của nguyên tử xuống một.
Một ví dụ về sự phân rã alpha sẽ là sự phân rã của uranium-235 thành thorium-231:
Một ví dụ về sự phân rã beta sẽ là sự phân rã của uranium-235 thành neptunium-235:
Một ví dụ về sự phân rã gamma của Technetium-99m thành Technetium-99:
'M' trong Tc-99m là viết tắt của siêu bền, theo nghĩa của một nguyên tử, ion hoặc hạt nhân nguyên tử, có nghĩa là nguyên tử ở trạng thái kích thích.