방사성 동위원소가 방사성 붕괴를 일으키면서 다른 핵종으로 단계적으로 변해갈 때 거치게 되는 일정한 핵종의 계열. 방사성 붕괴가 일어날 때 α붕괴에서 질량수의 감소가 4이고, β붕괴에서는 질량수의 감소가 없기 때문에 일정한 핵종의 계열을 거치게 된다.

대부분의 자연방사성 동위원소는 다음의 3가지 계열 중 하나에 속한다.
① 우라늄계열:원자번호가 92이고 질량수가 238인 우라늄 23892  U에서 시작하여 질량수가 206인 납 20682  Pb에서 붕괴가 끝난다. 이 계열에 속한 핵종은 4n＋2의 질량수를 가진다(n은 정수).
② 토륨계열:원자번호가 90이고 질량수가 232인 토륨 23290   Th에서 시작하여 질량수가 208인 납 20882  Pb에서 끝난다. 이 계열에 속한 핵종은 4n의 질량수를 가진다.
③ 악티늄계열:원자번호가 92이고 질량수가 235인 우라늄 23592  U에서 시작하여 질량수가 207인 납 20782  Pb에서 끝난다. 이 계열에 속한 핵종들은 4n＋3의 질량수를 가진다.
자연계에는 질량수 4n＋1인 계열이 없기 때문에, 이 계열을 실종된 계열이라고 부르지만, 인공원소에서 이것에 해당되는 넵투늄계열이 발견되었다.