Einige Atome haben instabile Kerne, die sich spontan in stabilere Formen umwandeln, oft unter Aussendung von Teilchen und Energie, die als Strahlung bezeichnet werden. In der Natur kommen über 60 Radionuklide vor, und Hunderte weitere können vom Menschen in Geräten wie Reaktoren oder Beschleunigern hergestellt werden. Terrestrische Radionuklide befinden sich in der Erdkruste und sind dort seit der Entstehung der Erde vorhanden. Kosmogene Radionuklide entstehen, wenn kosmische Strahlung aus dem Weltraum auf die Erdatmosphäre und die Erdkruste trifft. Anthropogene Radioaktivität entsteht durch menschliche Aktivitäten wie Kernwaffentests und -einsatz, Reaktorbetrieb und -unfälle sowie den Einsatz von Teilchenbeschleunigern. Die gesundheitlichen Auswirkungen der Strahlenexposition lassen sich in zwei Kategorien einteilen. Deterministische Wirkungen treten nur auf, wenn eine Mindestdosis oder ein Schwellenwert überschritten wird, und werden mit zunehmender Dosis immer stärker. Beispiele hierfür sind Hautrötungen (Erytheme) und die Bildung von Katarakten. Bei stochastischen Wirkungen (z. B. Krebs und genetische Wirkungen) steigt mit der Dosis eher die Wahrscheinlichkeit als die Schwere der Wirkung. Das Ausmaß des Gesundheitsrisikos durch eine radioaktive Verbindung hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. der Konzentration und Stärke des Radionuklids im Material, der Art der emittierten Strahlung, dem Expositionsweg, dem Verhalten des Materials im menschlichen Körper und der chemischen Toxizität des Materials. Es wurden zahlreiche Untersuchungen an Menschen und Tieren durchgeführt, um zu beschreiben, wie radioaktive Stoffe im menschlichen Körper zurückgehalten und transportiert werden, und um die Kinetik von Transport, Rückhaltung und Ausscheidung zu beschreiben. Es wurden detaillierte mathematische Modelle entwickelt, um die Vorhersage und/oder Rekonstruktion der Konzentrationen von Radionukliden in den verschiedenen Körpergeweben im Laufe der Zeit zu unterstützen, so dass die Dosen für bestimmte Organe geschätzt und die Gesundheitsrisiken bewertet werden können.