原子核自發發射α粒子并轉變成另一種原子核的過程稱為α衰變。 通過測量α粒子的質量和電荷，確定α粒子是氦原子核，由2個質子和2個中子組成。 在物理學中，He用來代表α粒子或氦核。
對于天然放射性同位素來說，只有質量數A大于140的重原子核才能產生α衰變。 特別是原子序數Z大于82、質量數A大于209的放射性同位素主要發生α衰變。 以歷史上第一個分離的強放射性核素鐳為例，其衰變方程如下：
→+42He
在傳統的原子核模型（液滴模型）中，原子核大致呈球對稱，核子通過核力結合在一起。 按理說衰變常數，原子核中的核子越多，結合能就越大，原子核應該就越穩定。 宇宙中的恒星就是這種情況。 質量越大，產生的引力越強，恒星結合得越緊密。 當質量達到某個臨界值時，就會演化成白矮星、中子星或黑洞。 然而，原子核中的情況卻恰恰相反。 當核子數量超過一定數量時，平均結合能不但不增加，反而降低，發生放射性衰變。
為什么原子核會發生α衰變？ 我們來討論一下α衰變的機制。
原子序數Z>82的元素都是金屬元素，金屬具有導電的功能。 根據QM鍵理論，原子間的電場相互作用稱為Q鍵，原子（核）質量場相互作用稱為M鍵。 其中：金屬的導電性是原子之間的Q鍵連接（原子核的線性電場串聯）產生的效應。 對于通過Q鍵的兩條平行原子鏈，其原子核的質量場也必須平行或在同一平面內。
原子核具有雙層盤狀結構。 發生α衰變的原子核含有較多的核子，A>209； 因此，形成的原子核盤的半徑較大。 這樣，質量場處于同一平面的相鄰原子核之間就會產生超強的M鍵。 原子核的質量場是一個旋轉場，同方向旋轉的質量場產生M鍵效應； 換句話說，M鍵效應就像兩個相互糾纏的大氣渦旋。 這時，位于原子核邊緣的核子很可能會被對方原子核的質量場“撕裂”，成為自由粒子。 每個單層原子核分隔一對核子（質子-中子），雙層原子核有兩對核子，通過質量場的作用結合成α粒子。 從原子核中分離出來的粒子需要克服原子核質量場的影響。 因此，它們都攜帶著非常高的能量，也就是α射線。
α衰變的機理是原子的M鍵，其特點是一對原子核相互作用，利用對方質量場的引力作用，使自己的原子核發射α粒子。 因此衰變常數，α衰變有以下規則：
假設初始時刻（t=0），原子核總數為N0，一對原子核相互作用產生α衰變的時間為t0； 那么，在時間t0之后，1/2N0的原子核將衰變，剩下的1/2N0的原子核保持原來的狀態。 t0時刻后，剩余原子核衰變，衰變量為1/2×1/2 N0； 依此類推... nt0 時間后，(1/2)n N0 原子核將衰變。 不難發現，核衰變量呈指數下降曲線，這就是α衰變定律。 一半原子核衰變所需的時間t0稱為半衰期。
理論上，單位時間內原子核衰變的概率稱為衰變常數，用λ表示。 核素的平均壽命用τ表示。 t0、λ、τ都是代表放射性核素的特征量。 三者之間的關系是：
τ=1/λ=1.44t0；