Většina prvků, z nichž jsou složeny všechny minerály, horniny i zeminy v přírodě, je stabilních a během geologického vývoje Země se nemění. Avšak existuje část prvků, které stabilní nejsou, mají tzv. nestabilní jádro a během doby se samovolně rozpadají na stabilnější prvky. Tento proces, který probíhá po celou geologickou historii Země se nazývá radioaktivní rozpad (přeměna). Při tomto rozpadu vznikají nové stabilnější radioaktivní prvky a jaderné záření.
Tato vlastnost některých prvků byla objevena manžely Curieovými na počátku dvacátého století. Radioaktivita látek, emise a absorpce jaderného záření tedy souvisí se strukturou atomů a atomových jader. Atom prvku je tvořen kladně nabitým atomovým jádrem a orbitálními elektrony, které se nacházejí na přesně vymezených drahách v okolí jádra. Atomové jádro obsahuje částice s kladným nábojem – protony a částice bez elektrického náboje – neutrony. Atom je jako celek neutrální a to znamená, že počet orbitálních elektronů je stejný jako počet protonů v atomovém jádru. Toto číslo jednoznačně určuje prvek, ke kterému atom přísluší a nazývá se atomové číslo. Celkový počet protonů a neutronů v atomovém jádře charakterizuje hmotnost atomu a nazývá se hmotnostní číslo. Skupina atomů, které mají v jádru stejný počet protonů i stejný počet neutronů se nazývá nuklid. Nuklidy, které mají stejné atomové číslo a odlišují se vzájemně jenom počtem neutronů, se nazývají izotopy daného prvku. Izotopy mají identické chemické vlastnosti, avšak rozdílné vlastnosti jaderné.
Atomová jádra některých nuklidů mají přebytek energie, jsou nestabilní a přeměňují se postupně na jádra stabilnější. Přitom je přebytek energie uvolněn ve formě jaderného záření. Nuklidy s takovou vlastností se nazývají radionuklidy. Podle způsobu vzniku rozlišujeme přírodní radionuklidy (např. 238U, 235U, 232Th, 40K), které vznikly nebo vznikají nezávisle na lidské činnosti a radionuklidy uměle vytvořené, v přírodě se nevyskytující (transurany). Jedním z přírodních radionuklidů, přítomných ve stopovém množství (jednotka ppm = gramy prvku na tunu horniny) ve všech horninách a zeminách, je uran (238U). Rozpadem uranu vznikají další radioaktivní prvky s postupně se zvyšující stabilitou jádra. Tyto prvky tvoří tzv. uranovou rozpadovou řadu, jejíž součástí je i plyn radon. Kromě uranové rozpadové řady existují i další rozpadové řady, např. thoriová s výchozím členem 232Th. Radioaktivní rozpad prvků probíhá buďto vyzářením částice alfa (jádra hélia 4He) , částice beta (jeden elektron), případně doplňujícího záření gama (elektromagnetické záření) a kvalitativní změnou původního prvku na jiný nový prvek s nižším atomovým číslem.