Halbwertszeit, HWZ, T, t, Ehalf-life, auch Halbwertzeit, die Zeit, in der die Hälfte eines Ausgangsmaterials durch physikalische, chemische oder biochemische Reaktionen zerfallen oder umgewandelt ist. Man unterscheidet:
1) Die physikalische Halbwertszeit (T_phys) ist die Zeit, in der die Hälfte der ursprünglich vorhandenen Atome eines Radionuclids durch die spontan ablaufenden radioaktiven Kernumwandlungen sich umgewandelt hat bzw. in den Grundzustand übergegangen ist. Radionuclide mit großer physikalischer H., wie z. B. Uran-238 mit einer H. von 4,51 Mrd. Jahren, müssen, wenn sie als Atommüll in Kernkraftwerken anfallen mit größter Sorgfalt von der Umwelt ferngehalten werden.
2) Die biologische Halbwertszeit (T_biol), auch physiologische Halbwertszeit, ist die Zeit, in der die Hälfte einer inkorporierten Substanz (z. B. eines Medikamentes) oder einer körpereigenen Substanz (z. B. Antikörper oder Enzyme) zur Hälfte aus einem biologischen System (z. B. einem Organismus) ausgeschieden bzw. neu gebildet worden ist. Die Ausscheidung erfolgt durch biochemische Vorgänge auf natürlichem Wege, z. B. durch Stuhl, Harn, Schweiß, Atmung (Eliminations-H.). Unter Neubildung versteht man z. B. die in der Leber synthetisierten Serumproteine mit einer HWZ von 7–10 Tagen. Die biologische H. eines Radionuklids (z. B. Verabreichung von Jod-131 beim Radiojodtest) ist entsprechend die Zeit, in der die Hälfte des inkorporierten radioaktiven chemischen Elements wieder aus dem Körper durch Stoffwechselvorgänge ausgeschieden wird. Die Einnahme geeigneter Nahrungsmittel (z. B. jodhaltiger Nahrungsmittel) kann die Verweildauer im Körper und damit die biologische H. in diesem Fall verkürzen.
3) Unter effektiver Halbwertszeit (T_eff) versteht man die aus der physikalischen und der biologischen H. resultierende H.:
T_eff = T_phys × T_biol  / (T_phys + T_biol)
Die effektive H. berücksichtigt sowohl die Abnahme einer radioaktiven Substanz durch den radioaktiven Zerfall als auch die Ausscheidung dieser Substanz auf natürlichem Wege. Sie gibt die Zeit an, nach der die Gefährdung für den Organismus auf die Hälfte gesunken ist. Sie ist dann von Bedeutung, wenn die inkorporierten Substanzen eine lange physikalische aber eine kurze biologische H. haben, oder umgekehrt, eine kurze physikalische aber eine lange biologische H. haben.
Beispiel: Jod-131 hat eine T_phys von 8,07 d und eine T_biol von 138 d. Daraus ergibt sich eine effektive H. von 8,07 × 138 / (8,07 + 138) = 7,6 d. Für den Strahleneinfluss auf den Körper ist also in diesem Fall die kürzere T_phys von Bedeutung. Bei Nucliden mit mehreren Isotopen muss die Berechnung für jedes Isotop erfolgen (z. B. Cäsium-134 T_phys 2,06 Jahre und Cäsium-137 T_phys 30,1 Jahre, T_biol jeweils 70 d).
Von H. spricht man im übertragenen Sinne auch bei der Abtötung von Keimen durch Desinfektionsmittel und beim biologischen und abiotischen Abbau von Stoffen in der Umwelt.