雙性β衰變是原子核的一種稀有衰變模式。這一過程中原子核中的一對中子轉變為一對質子(或者相反的轉變),同時從原子核中釋放出一對電子(或一對正電子)和一對反中微子(或者一對中微子)。除了這種既放電子又放中微子的雙β衰變模式外,還可能存在另一隻放電子而不放中微子的無中微子雙β衰變模式。後一種模式中中微子只是作為"虛粒子",被第一個核子放出後,隨即被第二個核子所吸收不作為真實粒子出現。
原子核自發地放射出β粒子或俘獲一個軌道電子而發生的轉變。放出電子的衰變過程稱為β-衰變;放出正電子的衰變過程稱為β+衰變;原子核從核外電子殼層中俘獲一個軌道電子的衰變過程稱為軌道電子俘獲。俘獲K層電子叫K俘獲,俘獲L層的叫L俘獲,其餘類推。通常,K俘獲的幾率最大。在β衰變中,原子核的質量數不變,只是電荷數改變了一個單位。