Radioaktiivne lagunemine on tõenäosuslik protsess (ptk Elektronide difraktsioon ja ptk Määramtusseos). Ei saa kuidagi määrata, millal laguneb konkreetne tuum või millise aatomi tuum järgmisena laguneb. Küll aga on kõigile radioaktiivsetele isotoopidele määratud poolestusaeg ($T_{1/2}$). Selle aja jooksul lagunevad pooled olemasolevatest tuumadest. Algsest radioaktiivsete aatomite hulgast $N_0$ jääb aja $t$ möödudes alles $N$ aatomit:

$N_0$ on algne radioaktiivsete aatomite arv, $T_{1/2}$ on poolestusaeg, $t$ on kulunud aeg ja $N$ aja $t$ pärast allesjäänud osakeste arv.

Näiteks uraani looduslike isotoopide poolestusajad on:

• uraan-234, 2,45·10⁵ aastat;
• uraan-235, 7,04·10⁸ aastat;
• uraan-238, 4,46·10⁹ aastat.

Uraani poolestusaeg on väga pikk. Mitmetel radioaktiivse lagunemise produktidel on see üsna lühike. Näiteks jood-131, mis tekib tuumaplahvatustel ja –reaktorites ja mille poolestusaeg on 8 päeva. Tšernobõli katastroofi järel oli radioaktiivne jood saastunud aladel viibijaile eriti ohtlik esimestel nädalatel, hiljem selle kontsentratsioon langes kiiresti. Eriti kiiresti lagunevad perioodtabeli viimases reas asuvate uute elementide tuumad. Livermooriumi, mis on tabelis 116 kohal, kõigi isotoopide poolestusaegu mõõdetakse millisekundites. Kõige stabiilsemal neist, Lv-294 on poolestusaeg 53 ms.

α- ja β-lagunemisel tekkivad uued tuumad, mille asetust perioodtabelis võrreldes lähtetuumaga kirjeldab nihkereegel:

• α-lagunemisel muutub laenguarv kahe võrra väiksemaks ja massiarv nelja võrra väiksemaks. Tuum nihkub perioodtabelis kahe koha võrra ettepoole.
• β-lagunemisel suureneb tuuma laenguarv ühe võrra, massiarv ei muutu ja tuum nihkub perioodtabelis ühe koha võrra tahapoole.

Tihti on tekkinud uued isotoobid samuti radioaktiivsed ja lagunevad edasi. Nii moodustub lagunemiste seeria, mis viib lõpuks välja mõne stabiilse isotoobi tekkimiseni (joonis 2.9.7.). Paljud lagunemisseeriad annavad võimalusi kivimite vanuse määramiseks. Üks vanemaid ja paremini läbitöötatud meetodeid põhineb kahes lagunemisseerias tekkinud plii-isotoopide koguse määramisel. Uraani-raadiumi seerias muutub uraan-238 stabiilseks isotoobiks plii-206. Uraani-aktiiniumi seerias muutub uraan-235 stabiilseks isotoobiks plii-207. Mõnedes mineraalides, näiteks tsirkoonis (ZrSiO₄), esineb teatud määral uraani isotoope, aga tekkimise ajal ei saanud seal kindlasti olla pliid. Tähendab, et kogu analüüsil leitud plii on tekkinud kahe nimetatud lagunemisseeria kaudu. Teades radioaktiivse lagunemise seadust ja tundes kõik vaheetappe (poolestusaegu), on võimalik kivimi tekkimise aeg välja arvutada. Dateerimine uraani ja plii kaudu kõlbab kivimitele, mille vanus on üks miljon kuni 4,5 miljardit aastat. Selle tänapäevaseks täpsuseks loetakse 0,1-1%. Meetodit on arendatud alates Rutherfordi esimestest töödest sel alal 1905. aastal ja praegu on see põhiline viis kivimite vanuse määramiseks. Muu hulgas on nii määratud ka Maa vanus.