1896年，法国科学家贝克勒尔对刚发现不久的X射线很感兴趣。为了找出X射线和发出射线的铀盐之间的关系，贝克勒尔设计了一个实验：他将感光的底片包裹在黑纸中，再将铀盐矿石置于黑纸上面，然后把它们一起拿到太阳下曝晒。贝克勒尔对冲洗出来的底片进行观察，发现底片上有许多雾状细斑点，这说明铀盐矿石所发出的射线能穿透纸张。贝克勒尔再将黑纸换成薄的铝箔片及铜箔片，发现也能使底片曝光。

继续试验时发生了意想不到的情况，原先计划的实验因天气变化而取消了。于是他将底片连同铀盐矿石一起放入抽屉中。在冲洗底片时，贝克勒尔觉得这些底片因为曝光时间不足，底片感光效果必然不好，但是结果恰恰相反，曝光黑影非常清晰。贝克勒尔由此猜测，一定是矿石除了产生可见的磷光外，还能产生一种存在时间很长、强度远超过磷光的未知射线。即使不经过阳光曝晒，这种未知射线也能使底片感光。

为继续探求问题真相，贝克勒尔又设计了一个实验。这次实验是将磷光铀盐矿石置于完全不透光的黑纸盒中，再将黑纸盒放置于暗室内很多天。贝克勒尔发现铀盐矿石已经不发出x射线，但是具有穿透性的射线依然存在，依旧能使底片感光。这项发现使得贝克勒尔大为振奋，他尝试分析其他成分不同的化合物，发现凡是含有铀的化合物，不论是磷光或非磷光体，均会产生相同的放射现象，而这种射线来自大自然，不需借助放电管，与伦琴发现的X射线不同，故贝克勒尔将其称为“天然射线”。

贝克勒尔发现放射性这一自然现象虽然没有伦琴发现x射线那样轰动一时，但其意义却更为深远，此后的研究使人们认识到：在自然界中，有不稳定的核素存在，这些不稳定核素的原子核可以自发衰变，同时释放出具有穿透力的射线。这一发现为后来的核科学发展开辟了道路，它使人们对物质的微观结构有了更新的认识，并由此打开了原子核物理学的大门。