Radioaktiivinen hajoaminen on tapahtuma, jossa rakenteeltaan epävakaa atomiydin hajoaa itsestään ja menettää energiaa muuttuen kevyemmiksi atomiytimiksi. Prosessissa vapautuu ionisoivaa säteilyä, joka on hajoamisesta riippuen joko sähkömagneettista säteilyä, hiukkassäteilyä tai molempia.
Osa atomiytimistä on epävakaita luonnostaan, mutta ytimen voi saada epävakaaksi myös pommittamalla sitä muilla hiukkasilla, esimerkiksi neutroneilla. Osuessaan atomiytimeen ylimääräinen neutroni muuttaa ytimen epävakaaksi, jolloin se hajoaa itsekseen. Tätä ilmiötä käytetään hyväksi esimerkiksi lääketieteessä, ydinaseissa ja ydinvoimalaitoksissa.
Ionisoiva säteily on yleensä vaarallista ihmiselle riippuen säteilyn tyypistä, sen määrästä sekä altistuksen kestosta.
Radioaktiivisten aineiden käsittely on turvallista edellyttäen, että ne on pakattu määräysten mukaisesti.