放射性平衡出现在两次连续衰变及多次连续衰变中。

两次连续衰变指母体衰变生成子体，子体衰变生成稳定核素，且母、子体处于同一体系中，这类情况在实验中经常遇到，例如：

设A为母体，它衰变生成子体B，B又衰变生成稳定核素C。λ₁、λ₂分别为前后两次衰变的衰变常数。t时刻A、B、C的原子数分别为N₁、N₂、N₃。t=0时，A原子个数为N_1,0，B原子个数N_2,0=0。

母体A原子数目的变化服从原子核衰变的基本规律，即：

 …（1）

 …（2）

子体B的生长率等于母体A的衰变率，其衰变也服从原子核衰变的基本规律，故子体B随时间的变化率为：

…（3）

将（1）式代入（3）式，得：

 …（4）

（4）式是一个简单的一阶非齐次微分方程，解此微分方程即得：

 …（5）

（5）式表明，N_2,0=0情况下，t时刻子体B的原子数不仅与它本身的衰变常数有关，还与母体的衰变常数有关。由于λ₁、λ₂为常数，N_1,0已知，因此根据（5）式可以计算任何时刻子体B的原子数。

若t=0时N_2,0≠0，则这部分子体（N_2,0）将按原子核衰变的基本规律衰变，而与母体的衰变无关。子体B原子数则为：

…（6）

若t=0时N_2,0=0，因为母体的衰变与子体无关，所以母体的放射性活度为：

…（7）

式中为t=0时母体的放射性活度。子体的放射性活度为：

…（8）

母体与子体的放射性活度之比为：

…（9）

以上讨论的是两次连续衰变的一般情况。在一定条件下，由于母子体半衰期的差异，当时间足够长时，有可能出现放射性平衡。根据衰变体系中母体与子体半衰期的大小，放射性平衡会出现三种情况：暂时平衡、长期平衡、不成平衡。

当母体A的半衰期T₁不是很长时，在通常的测量时间内可以观察到母体A的放射性活度的变化。如果母体A的半衰期大于子体B的半衰期T₂，即T₁＞T₂、λ₁＜λ₂，B的活度最初随时间而增大，在达到某一极大值后，B的活度大于A的活度，随后逐渐趋向于按A的半衰期衰减，出现暂时平衡。暂时平衡体系母体与子体的活度关系见暂时平衡。

对于多次连续衰变，只要母体A的半衰期T₁大于所有子体的半衰期T_i，则在足够长时间后，整个衰变系列也会达到暂时平衡，各放射性核素的活度之比不随时间变化，各子体都按母体的半衰期衰减。

当母体A的半衰期T₁很长时，在通常的测量时间内，观察不到母体A的放射性活度的变化。如果母体A的半衰期比子体B的半衰期T₂长很多，即T₁＞＞T₂、λ₁＜＜λ₂，B的活度最初随时间而增加，然后达到某一饱和值，与A的活度相等，随后B的活度一直按A的半衰期衰减，出现长期平衡。长期平衡体系母体与子体的活度关系见长期平衡。

对于多次连续衰变，只要母体A的半衰期T₁很长，且远远大于各代子体的半衰期T_i，则不管各代子体的半衰期相差多大，在足够长时间后，整个衰变系列达到长期平衡，各母子体的放射性活度都彼此相等。

当母体的半衰期小于子体的半衰期时，即T₁＜T₂、λ₁＞λ₂，母体按指数规律递减，而子体的原子数先逐渐增加，达到极大值后再逐渐递减，当时间足够长后，只剩下子体按其本身的衰减规律衰减，在这种情况下，母、子体的活度之比随时间而变，不可能达到放射性平衡（见不成平衡）。

有一些放射性核素要经过多次连续衰变才能生成稳定核素。如²³⁸U、²³⁵U、²³²Th和²³⁷Np要经过10次以上连续衰变才生成稳定核素；裂变碎片平均经过3～5次连续衰变才能生成稳定核素。多次衰变体系的衰变规律可仿照二次连续衰变进行分析。

放射性平衡的应用范围相当广泛，它在品位校正、普查勘探、开采和水冶等方面都是不可缺少的资料。放射性平衡甚至在地质、矿物、地球化学等领域，也有很多的应用。例如，利用放射性平衡可以检查样品是否属于原生以及受后期地质作用影响的程度，如果样品的放射性平衡遭破坏，那么就不属于原生。另外还可以通过放射性平衡破坏的成因分析，为评价矿床提供依据。