物質の量がある観測時点の値から半分に減少するまでに要する時間。物質の量が指数関数に従って減少する場合には、最初の量の大小にかかわらず一定値となる。自然界にはその時間変動を指数関数で表現できる量が多いが、特に、放射性物質の量は壊変により正確に指数関数に従って減少することが知られている。その理由は放射性物質を構成する個々の原子核が一定時間内に壊変する確率がすべて等しいことによる。換言すると、一定時間に壊変する原子核の個数は常にその時に存在する全原子核数に比例することとなり、dN/dt=-λNが成り立つ。ここで、λは壊変定数と呼ばれ、放射性物質ごとに固有の値をもつ。この式を積分すると、放射性物質の量はN(t) = N0e^-λtで表され、半減期はln2/λ（近似的に0.693/λ）で表される。