Los isótopos que no son estables (radioisótopos), a diferencia de los estables, se desintegran para dar lugar a otros nucleidos emitiendo partículas o radiación electromagnética.
Se verifica que para Z=43, Z=61 o Z≥83 no hay ningún nucleido estable.
También son conocidos alrededor de otros 34 nucleidos más que son radiactivos con una vida media (también conocida) lo suficientemente larga como para estar también presentes en la naturaleza (hasta completar un total de 288 nucleidos "naturales").
Radioisótopos presentes primordialmente se detectan fácilmente con vidas medias del orden de 700 millones de años (como por ejemplo el 235U), aunque algunos isótopos primordiales se han detectado con vidas medias tan cortas en términos relativos como 80 millones de años (por ejemplo, el 244Pu).
Si la vida media predicha cae en un rango experimentalmente accesible, tales isótopos pueden pasar de la lista de isótopo estables a la categoría radiactivos, una vez que se observa su actividad.
Por ejemplo, el bismuto-209 y el tungsteno-180 fueron previamente consideradas como estables, pero en (2003) se detectó que presentaban actividad en partículas alfa.
Sin embargo, los nucleidos no cambian su condición de primordiales cuando eventualmente se detecta que son radiactivos.
Se cree que los isótopos más estables presentes en la Tierra se formaron en procesos de nucleosíntesis, ya sea en el Big Bang, o en generaciones de estrellas que precedieron a la formación del Sistema Solar.
Los nucleidos primordiales impar-impar son raros porque los núcleos impar-impar son muy inestables con respecto a la desintegración beta, debido a que los subproductos de desintegración resultantes son par-par, y por lo tanto están más fuertemente ligados debido a efectos de pareado nuclear.
Todos los isótopos "estables" (estables por observación, no en teoría) son los estados fundamentales de los núcleos, con la excepción de tantalio-180m, que es un isómero nuclear o estado excitado.
Se ha informado mediante observación directa de manera experimental que la vida media del 180mTa por radiación gamma debe ser superior a 1015 años.
Sin embargo, la vida media de este isómero nuclear es tan larga que nunca se ha observado su descomposición, y por lo tanto se comporta como un nucleido primordial "observacionalmente no radiactivo", como un isótopo menor de tantalio.