Trong tự nhiên những đồng vị thori và urani, 232Th, 234U, 235U và 238U, bên cạnh phân rã alpha chiếm ưu thế, thì cũng quan sát thấy xảy ra phân hạch tự phát tạo ra hai hạt nhân, kèm theo sự phát xạ thường là hai hay ba neutron. Hai phân hạch chủ yếu của Urani-238 được biểu diễn là:

92 238 U → s f   54 140 X e + 38 96 S r + 2   0 1 n {\displaystyle {}_{\ 92}^{238}\mathrm {U} \;{\xrightarrow {\mathrm {sf} }}\;{}_{\ 54}^{140}{\rm {Xe}}+{}_{38}^{96}\mathrm {Sr} +2\ {}_{0}^{1}\mathrm {n} }

92 238 U → s f   51 133 S b +   41 102 N b + 3   0 1 n {\displaystyle {}_{\ 92}^{238}\mathrm {U} \;{\xrightarrow {\mathrm {sf} }}\;{}_{\ 51}^{133}\mathrm {Sb} +{}_{\ 41}^{102}\mathrm {Nb} +3\ {}_{0}^{1}\mathrm {n} }

trong đó sf = spontaneous fission

Về mặt toán học, tiêu chí cho sự phân hạch tự phát có thể xảy ra trong một thời gian không dài đủ để được quan sát bằng các phương pháp hiện tại, là khoảng:

Z 2 / A ≥ 47. {\displaystyle {\hbox{Z}}^{2}/{\hbox{A}}\geq 47.} [7]

trong đó Z là số nguyên tử và A là số khối lượng. Ví dụ Z 2 / A {\displaystyle {\hbox{Z}}^{2}/{\hbox{A}}} = 36 cho urani-235.