Pada tahun 1896, Antoine Henri Becquerel mengamati bahwa beberapa gram uranium memancarkan radiasi yang dapat menembus kertas hitam yang menutupi plat fotografi. Sedangkan pada tahun 1898, sepasang ilmuwan, Marie Curie dan Pierre Curie, mengamati bahwa radiasi dari uranium dapat menyebabkan terbentuknya unsur baru.

Marie Curie menciptakan istilah keradioaktifan (radioactivity) untuk proses radiasi atau pemancaran sinar oleh suatu unsur. Sinar yang dipacarkan disebut sinar radioaktif, dan unsur yang memancarkannya disebut unsur radioaktif.

Pierre Curie dan Marie Curie berhasil mengisolasi dua buah unsur baru yang terbentuk dari peluruhan unsur uranium, masing-masing pada bulan Juli dan Desember pada tahun 1898. Kedua unsur itu kemudian mereka namai polonium (yang diambil dari nama Negara asal Marie yaitu Polandia) dan radium (yang diambil dari bahasa Latin, radiare yang memiliki arti ‘bersinar’). Sama seperti uranium, kedua unsur ini juga bersifat radioaktif. Hasil penelitian mereka dituangkan sebagai disertasi Ph.D dari Marie Curie pada tahun 1903. Mungkin inilah disertasi paling hebat dalam sejarah ilmu pengetahuan, sebab mengantarkan Marie Curie untuk meraih dua hadiah Nobel. Tahun itu juga Marie dan Peirre Curie, bersama-sama dengan Becquerel, meraih hadiah nobel bidang fisika untuk jasa mereka bertiga di bidang penelitian keradioaktifan. Kemudian pada tahun 1911 Marie Curie memperoleh hadiah Nobel bidang kimia untuk penemuan unsur polonium dan radium.

Pada tahun 1903, Ernest Rutherford mengemukakan bahwa sinar radioaktif dapat dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan muatan mereka. Sinar radioaktif yang bermuatan positif diberi nama sinar alfa, dan tersusun dari inti-inti helium. Sedangkan sinar radioaktif yang bermuatan negatif deberi nama sinar beta, yang tersusun dari elektron-elektron. Sementara itu Paul Ulrich Villard menemukan jenis sinar radioaktif yang ketiga, yaitu sinar gamma yang tidak bermuatan. Sinar gamma adalah suatu bentuk radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang yang lebih pendek dari sinar X.