Ci sono due questioni distinte: la prima riguarda la stabilità o instabilità del neutrone, la seconda riguarda le modalità del decadimento.
Neutrone e protone sono i costituenti principali dei nuclei atomici. Ad esempio in un nucleo di elio, un gas "nobile" che si trova abbondante in natura (stelle), si trovano due protoni e due neutroni. Il nucleo è assolutamente stabile. Quindi i neutroni legati in un nucleo dalle forze nucleari non decadono. Neutroni liberi al contrario si trasformano spontaneamente in protone, elettrone e in un anti-neutrino elettronico. Il decadimento è reso possibile dal bilancio energetico, in quanto il neutrone ha una massa leggermente superiore a quella del protone, circa due masse elettroniche e la differenza di massa tra il neutrone e le particelle che emergono dal decadimento si manifesta in energia cinetica di queste ultime. Inoltre il processo rispetta la conservazione della carica elettrica e del numero leptonico. La reazione analoga per il protone (p-> n + anti-e + neutrino) non è permessa dalla conservazione dell'energia. La teoria di Fermi del 1932 rende conto della fenomenologia di base, ma bisogna ricorrere alla moderna teoria elettrodebole per una descrizione più dettagliata del processo.  Il neutrone è uno stato legato di due quarks d (down) e un quark u (up).  La massa del d ècirca il doppio di quella dell'u e il decadimento consiste nella reazione:

   d --> u + W(-)
         |
         -> e + nu   

dove W è il bosone che media le interazioni deboli.

Quindi  i problemi sono piuttosto:
1) perchè il neutrone NON decade nei nuclei stabili e
2) quando decade un neutrone?  e cioè perchè non decadono tutti insieme?

In un nucleo stabile il processo di decadimento avviene "virtualmente" tutto il tempo, ma i prodotti del decadimento (elettrone, neutrino) non possono scappare dal nucleo perchè questo richiederebbe energia e invece la formazione del nucleo ha comportato una riduzione dell'energia totale e questa viene ora a mancare: si parla di energia di legame. Il nucleo di elio ad esempio ha una massa che è inferiore alla somma della massa di due protoni e di due neutroni. La differenza è stata irradiata sotto forma di energia all'atto della formazione del nucleo di elio. Un decadimento del neutrone porterebbe a un nucleo con numero atomico 3 e massa superiore, per cui il processo è impedito dalla conservazione dell'energia. Si può immaginare che elettrone e neutrino vengono immediatamente riassorbiti da un protone e il quadro non cambia.
Neutroni liberi: in questo caso il decadimento non è impedito dalla conservazione dell'energia e infatti il neutrone decade in media entro quattordici minuti dalla sua creazione. Il processo deve però essere descritto nel linguaggio della meccanica quantistica e non si distingue qualitativamente da ogni altro processo quantistico: qualunque processo atomico o nucleare è descrivibile solo in termini statistici. Si può prevedere che in un fascio di neutroni la metà decadrà all'incirca entro i prossimi quindici minuti ma non esiste alcun modo di prevedere il destino di un singolo neutrone. Questo è in contrasto con l'esperienza che si ha a livello macroscopico. Ad esempio è noto che prima o poi ogni lampadina di casa dovrà essere sostituita. Non ci sono regole precise per prevedere quale sarà la prossima; eppure se volessimo analizzare il problema più a fondo potremmo studiare lo stato del filamento, il gas residuo nel bulbo della lampadina, la qualità dell'isolamento, etc. In base a questa analisi potremmo forse individuare qualche segnale di stanchezza della lampadina e sbilanciarci a sostituirla all'ultimo momento prima che si guasti. Nulla di tutto ciò è concepibile nel caso di particelle microscopiche (subatomiche).  I quarks all'interno  del neutrone non sono "invecchiati" ma a un certo istante imprevedibile uno dei due quarks d decide di trasformarsi in un quark
u. Se tentassimo di entrare nel neutrone con qualche sonda dovremmo utilizzare radiazione o particelle leggere con energia sufficiente per penetrare nel neutrone e questo porterebbe alla disintegrazione del neutrone. Lo stesso si può dire nel caso i nuclei che decadono emettendo una particella alfa. Se mandassimo una sonda all'interno del nucleo per controllare se qualche quartetto di protoni e neutroni sta cospirando per uscire dal nucleo, dovremmo utilizzare un'energia tale da perturbare in modo imprevedibile il nucleo. In altre parole i processi di decadimento sono processi quantistici e questi rifuggono dall'essere osservati. Se si cerca di farlo si interviene in modo violento e il risultato è imprevedibile, nonchè del tutto scorrelato da quello che si avrebbe in un nucleo lasciato indisturbato. Esperimenti recenti confermano la visione sviluppata negli anni '30 del secolo scorso e secondo cui, essenzialmente, i processi quantistici avvengono seguendo le leggi del caso e non c'è alcun modo per analizzare i processi più a fondo alla ricerca di informazioni più dettagliate (ad esempio sul tempo di vita di un neutrone). Esistono dunque domande a cui non esiste risposta, non per l'inadeguatezza dei nostri strumenti, ma per la qualità intrinseca dei processi quantistici. Questo stato di cose non piaceva a illustri scienziati quali Albert Einstein, ma esperimenti recenti confermano questa visione.