Desde os tempos mais remotos, filósofos e cientistas têm estado interessados nos blocos elementares do nosso universo físico; de fato, foram os gregos os primeiros a sugerir que toda a matéria fosse feita a partir de blocos indivisíveis - ou átomos. Entretanto, foi somente no século 20 que a idéia de um átomo divisível, isto é, um bloco elementar que, por sua vez, é formado por outros blocos elementares, passou a ocupar a mente dos cientistas. Experimentos clássicos (Thonsom, Rutheford, Chadwick, Bohr) deram uma estrutura para este átomo: algo formado por um grande espaço vazio, ocupado por minúsculos elétrons, que permanecem em prováveis regiões nas proximidades do núcleo - um pequeno e massivo conjunto de prótons e nêutrons, mais de 100.000 vezes menor do que o átomo ao qual pertence. Tanto os prótons como os nêutrons, por sua vez, são formados por outras subpartículas: os quarks - cada próton ou nêutron é formado por 3 quarks. A energia que mantém todas esta partículas e subpartículas unidas é muito grande, e pode ser aproveitada, tal como ocorre em processos de obtenção de energia nuclear (usinas e bombas nucleares).

O núcleo possui carga positiva devido somente a carga dos prótons, já que os nêutrons não possuem carga alguma. O número de prótons e, consequentemente, a carga do núcleo, são característica fundamental do átomo: o que identifica um elemento é justamente o número de prótons (Z) do seu núcleo. Embora o número de prótons seja sempre o mesmo, o número de nêutrons pode diferir em átomos de um mesmo elemento, gerando átomos com massas atômicas (A) ligeiramente diferentes. Dois átomos com o mesmo Z, porém com diferente A, são chamados de isótopos. Alguns isótopos são muito estáveis: a combinação adequada entre nêutros e prótons parece conferir sua estabilidade.

Outros átomos, entretanto, possuem núcleos particularmente instáveis: este núcleos atômicos adquirem uma configuração mais estável através de um processo chamado Decaimento Radioativo, em que núcleos de , por exemplo, os núcleos se "quebram" espontaneamente, por vários processos, resultando na emissão de radiação, sob a forma de partículas (elétrons, a (alfa), b (beta), etc) e/ou energia (fótons de raios g (gama)) são emitidos. Outro exemplo é do isótopo do Rádio (A=226), que pode sofrer um decaimento espontâneo para outro elemento (Radônio A=222 Z=86), liberando partículas alfa (núcleos de Hélio). Devido à natureza estatística do processo, não é possível determinar qual núcleo irá decair, mas apenas a probabilidade de que isso ocorra.

Os três tipos diferentes de radiação, citado acima, foram designadas com as 3 primeiras letras do alfabeto grego: alfa (a), beta (b) e gama (g). As partículas alfa contém dois prótons e dois nêutrons, tal como o núcleo do átomo de Hélio. Por isso, podem ser representadas pela designação ⁴He²⁺. Estas partículas têm uma massa que é igual ao dobro da molécula do gás hidrogênio, e é a menos energética das radiações. Os raios beta são, na verdade, elétrons - uma partícula negativa, com uma massa 1/1837 vezes menor que a do próton. A radiação gama, tal com os raios-X, são formas da radiação eletromagnética, que é uma forma de energia quantizada em "pacotes" chamados fótons.

O número de desintegrações pode ser representado por uma variável discreta. Além disso, os decaimentos são eventos independentes entre si, o que torna possível descrevê-los através de uma distribuição binomial, dada pela equação a seguir:

(1)

A equação acima resulta na probabilidade de que um número n de núcleos decaia para uma amostra com N núcleos, para uma dada probabilidade p que um núcleo sofra decaimento.

Como a probabilidade p de apenas um núcleo desintegrar é pequena, e em geral trabalhamos com um número N grande de núcleos radioativos nas amostras, então podemos tomar o caso limite da distribuição binomial (eq. 1) quando p --> 0 e N --> ∞. Então a equação (1) será:

(2)

Onde a é a média aritmética do número de contagens. A equação acima recebe o nome de distribuição de Poisson, e é a distribuição estatística do decaimento radioativo.

Devemos salientar ainda que para grandes números de contagens a distribuição de Poisson se aproxima da distribuição de Gauss. A distribuição de Gauss pode ser escrita matematicamente como:

(3)

A distribuição de Gauss pode ser derivada da expressão de distribuição binomial quando N --> ∞ e p não é desprezível.