在物理學上，壹個放射性同位素的半衰期是指壹個樣本內，其放射性原子衰變至原來數量的壹半所需的時間。半衰期越短，代表其原子越不穩定，每顆原子發生衰變的機會率也越高。由於壹個原子的衰變是自然地發生，即不能預知何時會發生，因此會以機會率來表示。每顆原子衰變的機率大致相同，做實驗的時候，會使用千千萬萬的原子。
從統計意義上講，半衰期是指壹個時間段T，在T這段時間內，壹種元素的壹種不穩定同位素原子發生衰變的概率為50%。“50%的概率”是壹個統計概念，僅對大量重復事件有意義。當原子數量“巨大”時，在T時間內，將會有50%的原子發生衰變，從數量上講就是有“壹半的原子”發生衰變。在下壹個T時間內，剩下未衰變的原子又會有50%發生衰變，以此類推。但當原子的個數不再“巨大”時，例如只剩下20個原子還未衰變時，那麽“50%的概率”將不再有意義，這時，經過T時間後，發生衰變的原子個數不壹定是10個（20×50%）。
化學
只有符合壹級動力學的化學反應才具有穩定的半衰期數據，與核衰變不同的是，化學反應的半衰期數據並非壹成不變，而是會受到溫度因素的影響，對於壹般的反應，當溫度上升時，反應速率常數會升高，半衰期會相應縮短，反之則會延長。對於壹些反應，確定反應的半衰期與溫度的關系，會有助於預測反應機理。
非壹級動力學反應的半衰期會隨著起始狀態的變化而發生變化，隨時檢測反應體系濃度的變化可以了解半衰期與起始狀態之間的聯系，從而了解壹個化學反應的反應級數和表觀速率常數。
醫學
在藥代動力學中，藥物在體內的代謝過程按壹級動力學過程進行，故而藥物在體內也存在相對穩定的半衰期，稱作藥物消除半衰期或血漿半衰期，其具體定義是藥物在生物體內濃度下降壹半所需要的時間。與核衰變以及化學反應的半衰期不同，藥物在體內代謝的半衰期受到較多因素的影響，不僅不同藥物在同壹個體的消除半衰期不同，而且同壹種藥物對於不同個體的消除半衰期也各不相同。甚至同壹藥物對於同壹個體，消除半衰期也會隨身體狀況和用藥情況而發生波動，影響半衰期長短的主要因素是人體內負責代謝藥物的肝藥酶系統活性。準確掌握個體對特定藥物的消除半衰期，可以有針對性地設計給藥方案，實現個體化給藥。
除了消除半衰期，還有以藥物生理活性為判據的生物半衰期即藥物的生物效應下降壹半所消耗的時間。這壹數據受到更多因素的影響，當藥物活性與血藥濃度線性相關時，生物半衰期與消除半衰期直接相關，當活性濃度關系較為復雜時，生物半衰期常會顯示出異常行為。
除了藥物代謝過程，控釋制劑的釋放以及壹些藥物的吸收過程也遵循壹級反應動力學，因此這些過程的半衰期也是非常重要的藥代動力學數據。