متجمعة في المركز الذي يسمى النواة. ويدور حول النواة عدد من الجسيمات السالبة، هي الإلكترونات، في مدارات معينة تعرف بمستويات الطاقة، يحتوي كل منها على عدد معين من الإلكترونات ذات طاقة معينة. وتشغل الألكترونات ذات الطاقة الأقل مستويات أقرب إلى النواة والعكس. وإذا اكتسب الإلكترون كمية من الطاقة ينتقل إلى مستوى طاقة أعلى، وإذا فقد هذه الكمية من الطاقة يعود إلى مستواه الداخلي ويشع الطاقة على هيئة إشعاعات يمكن تصويرها، تسمى الأشعة السينية التي تختلف في أطوال موجاتها وطاقاتها، كما تختلف في منشئها من ذرات عنصر إلى آخر.
وأغلب العناصر الموجودة في الطبيعة ثابتة، إلا أن بعض العناصر ذات الوزن الذري "عدد الاكترونات+ عدد البروتونات" العالي ٢٠٩ فما فوق، تتفكك نواتها تلقائيا وينبعث منها طاقة إشعاعية على شكل أنواع مختلفة من الإشعاعات ومن أمثلة العناصر المشعة الموجودة في الطبيعة اليورانيوم والراديوم والأكتينوم. وعندما تتطاير الجسيمات من نواة ما يتغير وزن تلك النواة تلك النواة حتى تستقر وينتج عنها عنصر ثابت غير مشع. فالراديوم مثلا بعد سلسلة من الإشعاعات لزمن معين يتحول إلى عنصر الرصاص. وجميع العناصر المشعة تتحطم نواتها بسرعة ثابتة حتى تستقر وبواسطة النوترونات البطيئة يمكن تحويل أي عنصر في الكون إلى عنصر آخر أو نظير مشع.
وعملية تحول النواة غير الثابتة غير الثابتة "المشعة" تلقائيا لعنصر ما إلى نواة لعنصر آخر مستقر تسمى النشاط الاشعاعي، وينبعث عنها نوع معين من أحد ثلاثة أنواع من الإشعاع هي ألفا (a) وبيتا (B) وغاما (y) ويختلف كل عنصر مشع عن الآخر، كما تختلف أنواع الإشعاعات التي تنطلق منه. وإشعاعات ألفا وبيتا هي عبارة عن جسيمات، أما إشعاعات غاما فهي موجات كهرمغناطيسية.
ومصادر أشعة ألفا الطبيعية هي الشمس والمواد المشعة الطبيعية كالراديوم واليورانيوم والمواد المشعة الصناعية ومصادر أشعة بيتا "الإلكترونات" الطبيعية هي الشمس والمواد المشعة الطبيعية كالراديوم. ومن المواد المشعة الصناعية مواد لا تعطي إلا أشعة بيتا كالسترونسيوم ٩٠ والفورسفور المشع ٣٣. ومصادر النوترونات الطبيعية هي الشمس والمواد المشعة كاليورانيوم ٢٣٥، ويمكن الحصول عليها كذلك من تفاعل أشعة ألفا مع معدن البيريليوم. وللبروتونات كذلك مصادر طبيعية