原子核中中子数量与质子数量大致相等时，原子处于稳定状态。当两者数量差异过大时，原子会变得不稳定。质量数大于铁（原子序数26）的中子富集同位素的重原子核，是在大质量恒星爆炸（超新星爆发）时，在极高温度（>10⁹开尔文）下形成的。然而，所有原子核都追求更经济的能量稳定状态。因此，为了回归稳定态，它们必须通过以质量或辐射形式释放能量来实现嬗变。这会导致原子核自发衰变，即放射性现象。放射性是原子核内部发生的自然随机现象，最终形成更稳定的新原子核。1908年，欧内斯特·卢瑟福（1871-1937）确认α粒子是由2个质子和2个中子组成的氦-4原子核。因此，放射性衰变产生的稳定原子核比原始不稳定原子核少两个中子和两个质子。α粒子发射主要涉及镭-226（88个质子、138个中子）、钍-232（90个质子、142个中子）、铀-238（92个质子、136个中子）等非常大的原子核。这类原子核之所以不稳定，是因为质子间的库仑斥力（随质子数的平方增加）强于核子间的核力吸引。此时，原子核会释放出一组由四个核子组成的粒子束。
对于物质而言，这是恢复稳定最快且最经济的方式。镭没有稳定的同位素。主要的镭同位素——镭-226，由皮埃尔·居里和玛丽·居里于1898年12月21日从沥青铀矿（铀矿石）中提取发现，其放射性周期或半衰期为1600年（即初始原子核半数转化为其他原子核所需的时间）。镭具有显著的自然特性（放射发光、自发产热、放射源等）。此外，它能使空气导电并在远距离使电容器放电，从而推动了盖革-米勒计数器的研发。1928年开发的盖革计数器用于测量多种电离辐射（α、β、γ射线及X射线）。 直至1950年，镭因其放射发光特性被广泛使用，尤其用于钟表制造的涂料中。自20世纪20年代起，工人因用嘴舔舐含镭的画笔以细化笔尖而患上职业病。这些疾病引发了首次流行病学调查，并导致工厂逐步关闭。 由于α粒子质量大、电荷高，其穿透力较弱，通常可被皮肤阻挡。但若被摄入体内，则会变得危险。足够高剂量的α粒子可能引发癌症。
注：电离是向原子移除或添加电磁电荷的过程。
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