Alguns elementos químicos que compõem os minerais e as gemas nem sempre são estáveis, e podem partir-se espontaneamente nas partículas atômicas constituintes. Quando isso ocorre, são emitidas várias formas de radiação. Esse fenômeno importante foi descoberto recentemente.

Radioatividade

Um dos fatos mais importantes para se ter em mente, em relação à radioatividade natural, é que ela não é influenciada por mudanças químicas ou por quaisquer mudanças normais no ambiente do material na qual ocorre. A radioatividade é muito diferente de qualquer reação que se possa obter por aquecimento, por exemplo, ou por qualquer outra forma de reação química.

A radioatividade pode ser definida como desintegração espontânea de certos núcleos atômicos. (O núcleo é a parte central do átomo, a que contém a maior parte de sua massa.) Sempre que ocorre radioatividade, ela é acompanhada pela emissão de partículas alfa (núcleos de hélio), partículas beta (elétrons) ou radiação gama (ondas eletromagnéticas curtas).

Minerais radioativos são os que contém elementos químicos instáveis ou variedades raras e instáveis de certos elementos que ocorrem mais comumente em forma estável. Esses minerais decompõem-se naturalmente e, quando isso acontece, liberam enormes quantidades de energia em forma de radiação. A taxa de decomposição natural varia de elemento para elemento e o tempo que leva para que metade dos átomos de qualquer elemento radioativo se desintegre é conhecido como sua meia-vida. O processo de desintegração prossegue e não se encerra após uma meia vida. Depois de transcorridas duas meias-vidas, restará ¼ do elemento original; depois de três períodos, restará ¹/₈; depois de quatro períodos, ¹/₁₆, e assim por diante.

Isótopos

Os núcleos atômicos de um determinado elemento nem sempre têm a mesma composição. Essas variantes do mesmo elemento básico são conhecidas como radioisótopos ou isótopos, simplesmente. Embora as variantes tenham o mesmo número de prótons da forma básica do elemento, têm um número diferente de nêutrons.

Tudo isso é extremamente útil para os geólogos porque, uma vez que a duração da meia-vida de um elemento tenha sido descoberta, é muito simples calcular a idade das rochas circundantes pelo grau de decomposição encontrado nos elementos radioativos que contêm.