Een atoom kan op twee manieren als onstabiel worden beschouwd. Als het een elektron oppakt of verliest, wordt het elektrisch geladen en zeer reactief. Dergelijke elektrisch geladen atomen staan bekend als ionen. Instabiliteit kan ook optreden in de kern wanneer het aantal protonen en neutronen onevenwichtig is. In een poging om een evenwicht te bereiken, zendt het atoom deeltjes uit in de vorm van straling totdat de kern stabiel is. Van dergelijke instabiele atomen wordt gezegd dat ze radioactief zijn.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Ionen zijn elektrisch onstabiel en vormen snel chemische bindingen. Atomen met onstabiele kernen zenden straling uit totdat de kernen stabiel worden.
Wat is een stabiel atoom?

Om instabiele atomen beter te begrijpen, helpt het om te begrijpen wat stabiliteit is. In het bekende planetaire model bestaat een atoom uit een kern van zware positief geladen deeltjes, protonen genoemd, en elektrisch neutrale deeltjes die neutronen worden genoemd. Een baan om de kern is een wolk van lichtere, negatief geladen elektronen. Protonen en elektronen hebben gelijke en tegengestelde ladingen.

Wanneer het atoom stabiel is, heeft het een netto elektrische lading van 0, wat betekent dat het aantal protonen gelijk is aan het aantal elektronen. De kern is ook gebalanceerd, in die zin dat het aantal protonen gelijk is aan het aantal neutronen. Zo'n atoom is niet inert. Het kan nog steeds combineren met anderen om chemische verbindingen te vormen, en zijn neiging om dit te doen hangt af van het aantal valentie-elektronen, of die elektronen die kunnen worden gedeeld met andere atomen.
Wanneer een atoom een ion wordt

Wanneer een atoom een elektron verliest of krijgt, wordt het een ion. Als het een elektron krijgt, is het een kation en als het er een verliest, is het een anion. Dit gebeurt meestal bij chemische reacties, waarbij atomen elektronen delen om een stabiele buitenste schil van 8 te vormen. Het watermolecuul bestaat bijvoorbeeld uit twee waterstofatomen en een zuurstofatoom. De waterstofatomen geven elk hun afzonderlijke elektron over om positief geladen ionen te worden, terwijl het zuurstofatoom ze accepteert om negatief geladen te worden. De combinatie vormt een zeer stabiele, zij het enigszins elektrisch polaire, molecule.

Vrije ionen kunnen bestaan in oplossing of in materialen die onderhevig zijn aan een elektrisch veld. Wanneer ze in oplossing bestaan, wordt de oplossing een elektrolyt, die in staat is elektriciteit te geleiden. Vanwege hun elektrische lading hebben ionen een grotere neiging om te combineren en verbindingen te vormen dan elektrisch neutrale atomen.
Nucleaire instabiliteit of radioactiviteit

Wanneer een atoomkern een overmaat aan protonen of neutronen heeft, gooit het ze in een poging om een evenwichtige staat te bereiken. Vanwege de kracht van de kracht die de kern bijeenhoudt, zijn de deeltjes die uit onstabiele kernen tevoorschijn komen, die radionucliden worden genoemd, zeer energiek. Deze kernen kunnen alfa-stralen uitzenden, die zijn samengesteld uit protonen en neutronen; beta-stralen ,
die negatief of positief geladen elektronen zijn; en gammastralen, die hoogenergetische fotonen zijn.

Wanneer een radionuclide een neutron verliest, wordt het een andere isotoop van hetzelfde element, maar wanneer het een proton verliest, wordt het een ander element. Het atoom blijft radioactieve straling uitzenden totdat het een stabiel aantal protonen en neutronen bereikt. De tijd die het duurt voor de helft van een bepaald monster van een bepaald isotoop in een stabiele vorm vervalt, wordt de halfwaardetijd genoemd. Halfwaardetijden kunnen variëren van fracties van een seconde in het geval van Polonium-215, tot miljarden jaren in het geval van Uranium-238.