Alfahajoaminen on radioaktiivisen hajoamisen muoto, jossa raskas elementti emittoi alfahiukkasen yrittäessään tulla vakaammaksi. Muita radioaktiivisen hajoamisen tyyppejä ovat beetahajoaminen ja gammahajoaminen. Hiukkasilmaisimia voidaan käyttää havaitsemaan alfahiukkasten päästöt, ja alfahajoamisprosessia voidaan käyttää myös havaintolaitteiden rakentamiseen. Jotkut paloilmaisimet luottavat esimerkiksi tasaiseen alfa -hajoamisnopeuteen ilman ionisoimiseksi, mikä puolestaan voi havaita savun, kun savuhiukkaset häiritsevät ionisoidun ilman johtavuutta.
Ytimen komponentit koostuvat protoneista ja neutroneista, joita kiertää elektroniryhmä. Normaaleissa olosuhteissa nämä hiukkaset vastustaisivat toisiaan aiheuttaen ytimen hajoamisen, johon tulee jotain, joka tunnetaan vahvana ydinvoimana. Vahva ydinvoima pitää ytimen yhdessä estäen hiukkasten pakottamisen ulos. Vaikka tämä voima on vahva, sillä on kuitenkin kapea alue, ja suuren ytimen tapauksessa se ei ehkä pysty sisältämään kaikkia hiukkasia. Tämän seurauksena atomista tulee epävakaa ja se alkaa päästää hiukkasia prosessissa, joka tunnetaan radioaktiivisuutena.
Alfahajoamisen tapauksessa hiukkanen koostuu kahdesta protonista ja kahdesta neutronista, jotka on liitetty tiiviisti yhteen. Tämä hiukkanen on rakenteeltaan identtinen heliumatomin ytimen kanssa, ja suuri osa maapallon heliumin saannista tulee itse asiassa alfahajoamisesta. Kun alfahiukkanen poistuu atomista ja ottaa mukaansa protoneja ja neutroneja, atomiluku muuttuu ja atomista tulee uusi, vakaampi elementti. Massan menetys muuttuu pieneksi energiapurskeeksi.
Alfahiukkaset ovat erittäin heikkoja. Ne voidaan pysäyttää paperilla tai jopa pienellä ilmataskulla, mikä tekee alfa-hajoamisesta suhteellisen vaarattoman sen ympärillä työskenteleville. Jos alfa -hiukkasia lähettävä elementti kuitenkin niellään, tämä voi aiheuttaa vakavan ongelman. Radonkaasua voidaan esimerkiksi hengittää keuhkoihin, joissa kaasun lähettämät alfahiukkaset voivat aiheuttaa vakavia vaurioita keuhkoja reunustaville herkille soluille.
Alfahajoamisen myrkyllisyyttä kehon sisällä on epäilty useissa korkean profiilin myrkytyksissä. Ottamalla alkuaineita, jotka vapauttavat alfahiukkasia ruokaan, myrkytys voi onnistuneesti tappaa jonkun aiheuttamatta ongelmia ympäristössä oleville ihmisille. Kuolema alfa -hajoamisen vaikutuksesta näyttää olevan erityisen suosittu venäläisten vakoojien keskuudessa, vaikka muiden salaisten aineiden on tiedetty käyttäneen sitä joskus.