La radioactivitat és un fenomen físic al qual certes substàncies amb nuclis atòmics inestables, es transformen espontàniament en nucleids diferents perdent energia en forma de raigs de partícules, de vegades acompanyats de raigs d'ones electromagnètiques.

L'any 1895 Wilhelm Röntgen va descobrir els raigs X. Estudis posteriors sobretot de Marie Curie van descobrir que la radioactivitat era força més complexa que els raigs X.

El 1896 Henri Becquerel, estudiant el fenomen de la fosforescència, va pensar que la radiació que es produïa als tubs de raigs catòdics en ser exposats als raigs X podia estar relacionada amb la fosforescència.

Ernest Rutherford fou el primer a adonar-se que totes les formes de desintegració segueixen aproximadament la mateixa fórmula exponencial. Es va trobar que un camp elèctric o magnètic separava les radiacions en tres feixos diferents, que van batejar com α, β i γ. La direcció de la desviació dels feixos mostrava que les partícules α transportaven una càrrega elèctrica positiva, les β una càrrega negativa i les γ eren neutres.

Poc després del descobriment del neutró el 1932, Enrico Fermi va trobar que algunes reaccions de desintegracióemeten neutrons. D'altra banda, ocasionalment es va observar l'emissió de protons en alguns elements. Després del descobriment dels positrons als raigs còsmics es va trobar que el mateix procés es produïa a l'emissió beta, que podia produir emissió de positrons i de manera anàloga a la ja coneguda emissió d'electrons.

Els primers investigadors també van descobrir que molts d'altres elements químics tenen isòtops radioactius. La cerca sistemàtica de les fonts de radiació al mineral d'urani van portar a Marie Curie, després de tractar algunes tones de pechblenda,  al descobriment d'un nou element, el poloni i a aconseguir aïllar alguns mil·ligrams de radi del bari, tots dos tenen unes propietats químiques similars, tots dos són metalls alcalinoterris que es diferencien per la radioactivitat del radi.

El 1896, Nikola Tesla va sotmetre els seus dits a una irradiació per raigs X constatant uns efectes aguts que consistien en cremades importants, però que ell va atribuir a la presència d'ozó, no als raigs X. D'altra banda, els efectes mutants de les radiacions, en especial el risc de càncer, no van ser descoberts fins el 1927 per Hermann Joseph Muller, que el 1946 rebria el Premi Nobel pels seus descobriments.

En una central nuclear, l'energia s'extreudel nucli d'àtoms per mitjà de la seva fissió, ja que en trencar-se desprenen l'energia d'enllaç a l'interior de l'àtom que unia les partícules separades. La fissió nuclear és provocada de manera artificial i controlada. En aquesta, a un àtom d'un element químic de grans dimensions se li dispara un neutró, una petita partícula a una certa velocitat, que trenca l'àtom (trencant el seu nucli, format per neutrons i protons enllaçats entre ells per enllaços molt energètics) en una reacció nuclear exotèrmica a la qual es desprèn energia en forma de calor.

Per què el balanç energètic surti a favor, és a dir, per a obtenir energia en comptes de gastar-la, cal que les reaccions nuclears siguin reaccions en cadena. Així, encara que es necessiti molta energia per a posar en marxa la reacció, després no se'n necessita tanta per a mantenir-la, i arriba un moment en el qual l'obtinguda és superior a la utilitzada. Per aconseguir això cal que l'element químic gran (en diem pesant, amb una elevada massa atòmica) sigui, a més, radioactiu. L'element que se sol utilitzar és un isòtop poc freqüent de l'urani.

Això es fa al reactor nuclear, on també s'hi fan passar tubs amb un fluid anomenat refrigerant, que s'encarrega de transportar la calor extreta de l'urani a fora deldipòsit, refredant-lo. Amb aquesta calor s'escalfa aigua fins que bull, i amb el vapor d'aigua a pressió es fan moure les aspes d'una turbina, d'aquesta manera hem transformat l'energia calorífica en energia mecànica. Llavors, el generador elèctric (o alternador) transforma aquesta energia mecànica en energia elèctrica (o electricitat).

Un reactor nuclear és un dispositiu que produeix calor, a base d'alliberar-la del nucli d'àtoms en ser trencats (fissionats) en ser bombardejats amb neutrons. En trencar-se cada nucli en dos fragments de fissió, a més d'alliberar calor, també emet neutrons, que trencaran altres nuclis en una reacció en cadena. En un reactor la refrigeració i la seguretat són molt importants.
Al món existeixen diferents tipus de reactors nuclears, tots de fissió, a les diferents centrals nuclears. L'ONU els classifica de la següent manera:

Reactor d'aigua pressuritzada (PWR i VVER): El 1997 n'hi havia 251 al món, sumant una potència total de més de 230.000 MWe, que representa prop del 60% de la producció mundial d'energia a les centrals nuclears. Fan servir aigua a alta pressió per a produir vapor als generadors de vapor. Tenen tres circuits.


Reactor d'aigua bullent (BWR): El segon més comú al món. L'aigua bull, generant vapordirectament al nucli del reactor. Tenen només dos circuits.


Reactor d'aigua pesada pressuritzada (PHWR): Fa servir aigua pesada (òxid de deuteri, D2O) a alta pressió com a moderador de neutrons i com a refrigerant.


Reactor de gas (GCR: AGR i Magnox): Fan servir grafit com a moderador dels neutrons i diòxid de carboni en estat gasós com a refrigerant.


Reactor moderat per grafit i refrigerat per aigua lleugera (LGR i RBMK): Models d'origen rus. L''aigua lleugera' és aigua normal (H2O).


Reactor ràpid (LBR o LMFBR): No desaccelera els neutrons de la reacció en cadena i refrigera amb sodi líquid. Estan en fase de prototip i d'investigació.
Cos Humà: Quan parlem de radioactivitat, no només parlem de una partícula, sinó de milions, per tan quan entren al nostre cos no entra una partícula per cada cèl·lula que tenim, sinó que entren moltes, al entra aquesta cèl·lula no es pot reparar i mor. També es dona el cas de algunes que es divideixen creen més cèl·lules contaminades, aquestes provoquen càncer o tumors.
Emmagatzematge dels residus: Els residus de baixa o mitjana activitat s’estableixen en llocs subterranis de poca profunditat i els de Alta s’enterren en llocs profunds subterranis o també es tiren al mar en llocs on no hi hagi gaire fauna.