Ist das durch einen Zerfall entstandene Folgeprodukt selbst wieder radioaktiv und möglicherweise auch dessen Tochtersubstanz usw., d.h., kommt es über eine Serie instabiler Zwischenprodukte zur Bildung einer stabilen Kernart, so spricht man von einer radioaktiven Zerfallsreihe oder Zerfallskette.

Bei einer Zerfallsreihe sind bei den unterschiedlichen Zerfällen die Zerfallskonstanten nicht gleich groß, was zur Folge hat, daß die Parameter nur mit aufwendigen Meßverfahren bestimmt werden können. Durch radioaktive Zerfälle wandeln sich instabile Atomkerne solange um, bis sie sich im energetisch niedrigsten Zustand befinden.

Die Stabilität der Kerne verringert sich mit zunehmender Massenzahl, oberhalb von Z=83 sind alle Kerne instabil.

Es existieren insgesamt drei natürliche und eine künstliche radioaktive Zerfallsreihe, die nach dem jeweils langlebigsten Glied (mit höchstem T½) benannt sind: Uranreihe (nach 238U), Thoriumreihe (nach 238Th), Actiniumreihe (nach 235Ac) und Neptuniumreihe (nach dem künstlichen 237Np).

Außer den natürlichen gibt es von allen Elementen noch künstlich erzeugte Isotope (durch Beschuß mit Kernen). Diese sind jedoch meist instabil, d.h. radioaktiv. Aus ihnen entstehen mehr oder weniger rasch unter Aussendung von Strahlung stabile Kerne anderer Elemente.