19世纪末，德国物理学家伦琴在研究阴极射线时，发现了一种看不见的射线，它能穿过不透明的物质，使某些晶体发出荧光，或使照相底片感光。对当时的人们来说，这是十分奇妙的。伦琴自己也无法解释这一光线的本质，因此把它叫做X射线。
法国物理学家亨利·贝克勒尔听到了关于伦琴发现X射线的消息，也想研究这些奇妙辐射的起源问题。他想起有一些物质在普通光线照射下会发出荧光，就很想知道这些物质是否也同时在发射肉眼看不见的X射线。
他决定用在太阳光会发出最强烈荧光的硫酸铀酷钾的晶体来进行这个试验。他把未感光的照相底片用黑纸包起来，然后在纸包上面撒一些晶体，放在窗外的阳光下。太阳的紫外线使这些晶体发出了荧光。几小时后，贝克勒尔把纸包取回，将照相底片显影。按他的推断，如果晶体在太阳照射下发出X射线，那么X射线应能穿透黑纸而使底片感光。如果没有X射线，那末黑纸挡住了所有的可见光，底片就应保持不曝光状态。试验取得了很大的成功，他在底片上放置晶体物质的地方，果然看到了灰色的暗斑！
1896年2月24日，他向科学界宣布他发现了由光线引起的类似X射线的射线。
可是几天以后贝克勒尔发现，他搞错了。
当时，由于天气阴沉，没有阳光，他把准备好的铀晶体和底片收到抽屉里，一连等了好几天，天气仍未放晴，他就用这些底片作了别的用途。当他将底片显影以后，出乎意料地发现，底片上居然也有这些铀晶体的暗斑图像，而且更深更黑。这就证明了，在没有光线的地方，晶体也在发出自己的射线。贝克勒尔一次次用不同类型的荧光物质进行实验，结果证明他试验过的每一种物质，只要含有铀，都会放出这放射性衰变种射线。看来铀是关键的物质。要使铀发出穿透性的射线，既不需要可见光，也不需要紫外线。他终于用纯铀作了一次试验，发现这次射线比以往任何一次都更为强烈。
铀的放射性现象的发现，带来了原子内部的第一个信息，成为20世纪的新物理学的起点。贝克勒尔的成就吸引了全世界学者的注意力，也包括当时就在他的实验室中工作的杰出的波兰女科学家玛丽·斯克洛道芙斯卡娅。她就是后来蜚声学术界的居里夫人。
物理学家们通过试验很快了解到，放射性物质放出好几种射线。一种是带正电的粒子流，称为q射线。它的质量大约是氢原子的4倍，实质上就是氦原子。第二种是带负电的粒子流，称为13射线，实质上就是运动得很快的电子。第三种是穿透性很强的类似于X射线的R射线，这是一种频率极高的电磁波。
放射性元素在放出射线的同时，本身也发生“衰变”而成为另一种元素。例如镭放出Ⅱ粒子和R射线后变成氡。氡是一种放射性气体，它还会放出Ⅱ粒子而继续衰变。
放射性的发现至少说明两个问题：第一，原子不是不可分割的，否则就不可能从其内部放出粒子或射线来。第二，原子内部一定含有很大的能量，否则这些粒子和射线就不可能具有如此高的运动速度或动能。
根据测定，1克镭每小时放出的能量达136卡。如果把它放在一杯0℃的冰水中，大约6昼夜就可将水加热到沸点。1克镭全部衰变后放出的热量为28万千卡，这大约相当于375千克优质煤。可以想象，当人们意识到在不到半节手指头那么大的一块物质中，藏有如此巨大的能量时，该是多么地受鼓舞啊！
物理学家们更加忙碌起来了。他们希望把这些能量的释放过程置于自己的控制之下。可惜的是，无论他们用什么办法，提高温度也好，改变压力也好，都不能改变这些核素释放能量的速度，它们仍不紧不慢地按照自己固有的速度进行衰变。