Tính phóng xạ của mọi chất thải phóng xạ yếu dần theo thời gian. Tất cả hạt nhân phóng xạ trong chất thải có chu kỳ bán rã—thời gian dể một nửa nguyên tử phân rã—và cuối cùng, tất cả chất thải phóng xạ phân rã thành những nguyên tố không phóng xạ (tức là, hạt nhân bền). Một số nguyên tố phóng xạ (như plutoni-239) sẽ mất hàng trăm ngàn năm để hết nguy hiểm với con người và những sinh vật khác. Những chất khác cần hàng triệu năm. Vì thế, những chất thải này phải được bảo vệ trong nhiều thế kỉ cách ly khỏi môi trường tự nhiên trong hàng ngàn năm. Theo quy luật của chu kỳ bán rã phóng xạ, tốc độ phân rã tỷ lệ nghịch với thời gian phân rã. Nói cách khác, bức xạ từ đồng vị dài hạn như iot-129 sẽ ít hơn nhiều so với một đồng xạ ngắn hạn như iot-131.Hai bảng bên cho thấy một số đồng vị phóng xạ phổ biến, chu kỳ bán rã, và hiệu suất phân hạch của chúng so với hiệu suất phân hạch của urani-235.

Năng lượng và dạng của bức xạ ion hóa phát ra bởi chất phóng xạ cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định sự nguy hiểm của nó với con người. Tính chất hóa học của nguyên tố phóng xạ quyết định tính di động của hợp chất đó cũng như khả năng lan ra môi trường và đầu độc con người. Không chỉ thế, nhiều đồng vị phóng xạ không phân rã ngay thành dạng bền mà mà thành chất phóng xạ trong một chuỗi phân rã trước khi dạt được trạng thái bền.