A múlt század utolsó éveinek legnagyobb fölfedezése, amely a fizikát és vele együtt a kémiát is alapjaiban rengette meg, gyökereivel Röntgen­hez, a röntgensugárzáshoz nyúlik vissza. Becquerel francia fizikus korszak­alkotó fölfedezéséről, a radioaktivitásról van szó.

Poincaré francia természettudós 1896. január 20-án a Tudományos Akadémián frissen készült röntgenképet mutatott be. Az ülésen jelen volt Beoquerel is, és azonnal arról érdeklődött, vajon honnan indulnak ki az X-sugarak. Poincarénak az volt a véleménye, hogy az üvegosőnek arról a részéről, ahová a katódsugarak becsapódnak. Becquerel megjegyezte, hogy a katódsugár az üveget fluoreszkálásra gerjeszti, ezért célszerű volna megvizsgálni, vajon a különféle lumineszkáló anyagok a napfény hatására nem bocsátanak-e ki ugyanolyan vagy hasonló sugarakat, mint az X-sugár.

Becquerel, aki egyébként is a fluoreszcenciát tanulmányozta, urán­-kálium-szulfát vékony lemezkéit fekete papírba csomagolt fényképező­lemezre helyezte, majd napfényre állította, gondolván, hogy talán ez X-sugarak kibocsátására gerjeszti a foszforeszkáló uránsót ugyanúgy, mint a katódsugár a fluoreszkáló üveget. Több órán át sütötte a nap­fény, és valóban, a fényérzékeny lemezen, az előhívás után, feketedéigazolta, hogy valamiféle, a fekete papíron is áthatoló sugárzás jelentke­zett. Kísérletét meg akarta ismételni, de borús idő volt, napfény hiányá­ban az uránsót a fényérzékeny lemezzel fiókba zárta. Később új kísérletet kezdve, a lemezt ki akarta cserélni, hiszen két hétig szórt fénynek kitett anyag már nem jelentett volna tiszta kezdést. A lemezt előhívta, és azon - nagy meglepetésére - sokszorta erősebb feketedést talált, mint a korábbi, sok órai napsütésnek kitett kísérleti darabokon. Kétségtelen volt tehát, hogy a fiókban, a sötétben is megjelent valamilyen sugárzás! Becquerel már egy hét múlva megállapította, hogy az új sugárzás a gázo­kat ionizálja és az urán sajátossága.

A titokzatos uránsugárzás kutatásába itt kapcsolódott be Madame Curie (1867-1934) és később férje Pierre Curie (1859-1906) is. Alig két évvel Becquerel felismerése után, 1898-ban az egész világot lázba hozta a Curie házaspár tudományos teljesítménye: két új radioaktív elemnek, a polóniumnak és a még sokkal erősebben sugárzó rádiumnak a felfedezése.

Beoquerel a Curie-éktől kapott polónium- és rádiumsókat vizsgálva észrevette, hogy a radioaktív sugárzás nem egységes, hanem valójában többféle sugárfajtának a keveréke. Mint a röntgensugarak esetében, itt is elsősorban azt vizsgálta, hogy a különböző anyagok miképpen nyelik el, ill. bocsátják át magukon a radioaktív sugarakat. Ezek a mérések vezettek arra a felismerésre, hogy a radioaktív sugárzásban három különböző sugárféleség van együtt. Ezek az alfa-, a béta- és a gamma-sugarak.

Rutherford (1871 -1937) már 1898 végén megfigyelte, hogy a sugár­zás egy részét a nagyon vékony szilárd anyag is elnyeli. Ezeket alfa-suga­raknak nevezte el. Van a sugárzásnak egy másik része, amelynek az elnye­letéséhez jóval vastagabb rétegre van szükség: ezek a béta-sugarak. Két évvel később Villard (1860-1933) kimutatta, hogy a radioaktív sugárzás­nak van egy olyan része, amely rövid hullámhosszúságú elektromágneses sugárzás: ezek a gamma-sugarak.

Rutherford, akit a magfizika atyjaként emlegetnek, Soddy (1877­-1956) angol vegyésszel együtt megállapította, hogy a radioaktív anyagok­ból hélium „teremtődik". Ez a felismerés alapjában rázta meg a klasszi­kus kémiát, amely az anyagot alkotó atomok állandóságát hirdette.

Rutherford azonban minden kétséget kizáróan igazolta, hogy a radio­aktív alfa-sugárzásban héliumionok haladnak, igen nagy sebességgel.

Az alfa-sugarak vizsgálata - nevezetesen vékony lemezeken áthaladó sugárrészecskék szóródásának az elemzése - Rutherfordot arra a felis­merésre vezette, hogy az atom tömegének java része egy olyan kis mag­ban foglal helyet, amelynek mérete az atom méretének csak körülbelül tizezred része. Így fedezte fel

Rutherford az atommagot (1911), és ezzel megalapozta az atomszerkezet elméletét, amelyet azután később Niels Bohr (1885-1962) dán fizikus fejlesztett tovább.
Rutherford Soddyval együtt már 1903-ban tisztázták, mi történik a sugárzó elemekkel, amikor alfa- () vagy béta-() sugarakat bocsátanak ki, pedig még nem ismerték az atommagot alkotó elemi részeket, a proto­nokat és neutronokat. A következőkben lássuk, hogy mi történik, ha valamelyik elem atommagjának összetétele pl. kisugárzás folytán megvál­tozik.

 Ha például valamely sugárzó elem atommagjából alfa-részecske, azaz héliummag (2 proton és 2 neutron) távozik, akkor a visszamaradó mag tömegszáma 4-gyel és a rendszáma 2-vel csökken, vagyis az elem a perió­dusos rendszerben két hellyel előbb álló elemmé alakul át. Így könnyen érthető a következő bomlás: a 90-es rendszámú elem ugyanis a tórium (Th).

A béta-sugárrészekről már 1900-ban kiderült, hogy elektronok. Ha a magból béta-sugárrészecske távozik, akkor a mag tömegszáma változatlan marad, a rendszáma azonban 1-gyel nő, mert egy negatív töltés eltávozá­sakor a pozitív töltések száma 1-gyel nőtt. Egy neutron átalakult pro­tonná.

Ma ilyen egyszerűen fogalmazható meg a radioaktív elemek „eltoló­dásának szabálya". Ennek segítségével fel lehet rajzolni az elemek bom­lási sorát, egy-egy őselemből kiindulva. Földünkön természetes körülmé­nyek között megtalálható radioaktív elemek, az ún. természetes radio­aktív elemek többsége három természetes radioaktív bomlási sorba sorol­ható be. Az őselemek: az urán (U), a protaktínium (Pa) és a tórium (Th).
Rutherford 1917-ben valósította meg az első mesterséges atommag­átalakítást, amikoris nitrogént  alfa-részecskékkel bombázva oxigént kapott, pontosabban egy oxigénizotóp  és egy proton keletkezett.