双性β衰变是原子核的一种稀有衰变模式。这一过程中原子核中的一对中子转变为一对质子(或者相反的转变)，同时从原子核中释放出一对电子(或一对正电子)和一对反中微子(或者一对中微子)。除了这种既放电子又放中微子的双β衰变模式外，还可能存在另一只放电子而不放中微子的无中微子双β衰变模式。后一种模式中中微子只是作为"虚粒子"，被第一个核子放出后，随即被第二个核子所吸收不作为真实粒子出现。
原子核自发地放射出β粒子或俘获一个轨道电子而发生的转变。放出电子的衰变过程称为β-衰变;放出正电子的衰变过程称为β+衰变;原子核从核外电子壳层中俘获一个轨道电子的衰变过程称为轨道电子俘获。俘获K层电子叫K俘获，俘获L层的叫L俘获，其余类推。通常，K俘获的几率最大。在β衰变中，原子核的质量数不变，只是电荷数改变了一个单位。