阿尔法衰变的本质是量子隧穿效应，受电磁力和核力的支配。
1928年，罗纳德·威尔弗雷德·格尼（Gurney）、爱德华·康登（Condon）与伽莫夫独立的提出了阿尔法衰变的量子隧穿理论，他们的论文中如此提到：
「It has hitherto been necessary to postulate some special arbitrary ‘instability’ of the nucleus, but in the following note, it is pointed out that disintegration is a natural consequence of the laws of quantum mechanics without any special hypothesis...Much has been written of the explosive violence with which the α-particle is hurled from its place in the nucleus.But from the process pictured above, one would rather say that the α-particle almost slips away unnoticed.」
（迄今为止，有必要假设原子核的某些特殊的任意「不稳定性」，但在下面的注释中可以明显的看出，衰变是量子力学定律的自然结果，而没有任何特殊的假设……关于阿尔法粒子从原子核中被抛出的爆炸性暴力已经写了很多。但从上图的过程来看，我们更愿意说的是，阿尔法粒子几乎是悄无声息地溜走了。）
该理论假设，在原子核中，阿尔法粒子可以被认为是一个独立的粒子，一直在核力的势垒中受约束运动。（也许你可以用化学里的共振态来理解）
然而，按照量子力学，阿尔法粒子在与核力的势垒的每次碰撞中，都有极小的概率会「隧穿」出去。虽然这个概率接近于零，但如果次数非常多，宏观上我们就会观察到衰变。
例如，在一个直径约为10^ -14 m的原子核内，一个速度为1.5×10^7 m/s的阿尔法粒子每秒与势垒的碰撞高达10^21次。如果每次隧穿的几率较大，半衰期就会很短；反之，半衰期就会很长，同位素铋209的半衰期长为2.01×10^19年，比宇宙年龄还长。
