Ein instabiles Nuklid zerfällt i.Allg. nicht gleich in ein stabiles Nuklid, sondern in ein ebenfalls instabiles Nuklid usw., sodass eine Reihe sich ineinander umwandelnde Nuklide entsteht, die Zerfallsreihe. Am Ende der Zerfallsreihe steht ein stabiles Nuklid.
Den Anfang einer Zerfallsreihe bildet stets ein langlebiges Mutternuklid, das bei der Bildung der Erde entstanden ist und das sehr langsam in Tochternuklide zerfällt.
Da sich in allen denkbaren Zerfallsreihen die Massenzahlen nur beim α‑Zerfall um vier Einheiten ändern, kann es insgesamt nur vier verschiedene Zerfallsreihen geben, deren Glieder die Massenzahlen 4n, 4n+1, 4n+2 und 4n+3 besitzen, wobei n eine natürliche Zahl ist.
| Reihe | Mutter- nuklid | Halbwertszeit in a | End- nuklid | Massen- formel |
| Thorium | ^{232}_{\ \ 90}\text{Th} | 1{,}39\cdot 10^{10} | ^{208}_{\ \ 82}\text{Pb} | 4n |
| Uran-Radium | ^{238}_{\ \ 92}\text{U} | 4{,}51\cdot 10^{9} | ^{206}_{\ \ 82}\text{Pb} | 4n + 2 |
| Uran-Actinium | ^{235}_{\ \ 92}\text{U} | 7{,}13\cdot 10^{8} | ^{207}_{\ \ 82}\text{Pb} | 4n + 3 |
| Neptunium | ^{237}_{\ \ 93}\text{Np} | 2{,}14\cdot 10^{6} | ^{209}_{\ \ 83}\text{Bi} | 4n + 1 |
Die Nuklide der Neptunium-Reihe kommen in der Natur nicht mehr vor, da das Mutternuklid Neptunium ^{237}_{\ \ 93}\text{Np} mit einer Halbwertszeit von 2{,}14\cdot 10^{6} a durch seinen Zerfall bereits im Laufe der Erdgeschichte verschwunden ist. Die Nuklide dieser Reihe können jedoch künstlich erzeugt werden.
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