Puoliintumisaika on aika, joka tarvitaan puoleen tietyn aineen hajoamiseen. Tätä mittausta käytetään materiaaleihin, jotka hajoavat eksponentiaalisesti, mikä tarkoittaa, että hajoamisnopeus on suoraan verrannollinen aineen määrään ja hidastuu aineen loppumisen myötä. Puoliintumisaika vaihtelee suuresti-se voi kestää muutamia sekunteja tai miljoonia vuosia riippuen aineen stabiilisuudesta. Konseptilla on sovelluksia kaikkialla tieteessä.
Tietyllä aineella on aina sama puoliintumisaika, kunnes se saavuttaa hyvin pienet määrät, vaikka hajoamisnopeus hidastuu ajan myötä. Kuvittele esimerkiksi, että elementin puoliintumisaika on viisi minuuttia. Jos aloitamme 20 unssilla sitä, viisi minuuttia myöhemmin meillä on jäljellä 10 unssia ja vielä viiden minuutin kuluttua vain 5 unssia jäljellä. Hajoamisnopeus on hidastunut 2 unssista minuutissa 1 unssiin minuutissa, mutta puoliintumisaika on vakio viisi minuuttia.
Puoliintumisaika tunnetaan ehkä parhaiten radioaktiivisuuden yhteydessä. Radioaktiiviset “emoelementit” muuttuvat pysyviksi tai ei-radioaktiivisiksi “tytär” -elementteiksi ja lähettävät säteilyä hajoamisensa aikana. Tytär-elementin ja radioaktiivisen elementin puoliintumisajan tunteminen mahdollistaa siis osittain hajoavan näytteen vertaamisen vertaamalla vanhemman ja tytärylementin suhdetta. Tätä dating -menetelmää käytetään yleisesti maailmankaikkeutemme eri kokonaisuuksien ikän määrittämiseen fossiileista meteoriiteihin. Hiili-14, radioaktiivinen elementti, joka esiintyy maapallon elävissä materiaaleissa, alkaa hajota kuoleman hetkellä ja sitä voidaan käyttää tähän mennessä eläviin materiaaleihin, kuten luuhun ja puuhun.
Tämä mittaus on tärkeä myös biologiassa, jossa se osoittaa ajan, jonka kuluessa puolet aineesta metaboloituu ja/tai eliminoituu elimistössä. Tässä mielessä puoliintumisaikaa käytetään farmakologiassa määrittämään sopivat annosmäärät ja -välit. Sitä voidaan soveltaa myös toksikologiassa toksiinien vaikutusten määrittämiseksi kehossa ajan mittaan.