Joidenkin atomien ytimet ovat epävakaita, jotka muuttuvat spontaanisti vakaammiksi muodoiksi, usein säteilyksi kutsuttujen hiukkasten ja energian vapautuessa. Luonnossa esiintyy yli 60 radionuklidia, ja ihminen voi valmistaa satoja lisää esimerkiksi reaktoreissa tai kiihdyttimissä. Maanpäällisiä radionuklideja esiintyy maankuoressa, ja niitä on ollut siellä maapallon luomisesta lähtien. Kosmogeenisia radionuklideja syntyy, kun avaruudesta tulevat kosmiset säteet ovat vuorovaikutuksessa maan ilmakehän ja kuoren kanssa. Ihmisen aiheuttama radioaktiivisuus on peräisin ihmisen toiminnasta, kuten ydinasekokeista ja -käytöstä, reaktorien toiminnasta ja onnettomuuksista sekä hiukkaskiihdyttimien käytöstä. Säteilylle altistumisen terveysvaikutukset jakautuvat kahteen luokkaan. Deterministiset vaikutukset ilmenevät vasta, kun vähimmäisannos tai kynnysarvo ylittyy, ja ne voimistuvat annoksen kasvaessa edelleen. Esimerkkejä ovat ihon punoitus (eryteema) ja kaihin muodostuminen. Stokastisissa vaikutuksissa (kuten syöpä ja geneettiset vaikutukset) vaikutuksen todennäköisyys eikä sen vakavuus kasva annoksen kasvaessa. Radioaktiivisen yhdisteen aiheuttaman terveysriskin aste vaihtelee tekijöiden mukaan, joita ovat muun muassa radionuklidin pitoisuus ja vahvuus materiaalissa, säteilytyypit, altistumisreitti, materiaalin käyttäytyminen ihmiskehossa ja materiaalin kemiallinen myrkyllisyys. Ihmisillä ja eläimillä on tehty paljon tutkimusta sen kuvaamiseksi, miten radioaktiiviset aineet säilyvät ja kulkeutuvat ihmiskehossa, sekä kulkeutumisen, säilymisen ja erittymisen kinetiikan kuvaamiseksi. Yksityiskohtaisia matemaattisia malleja on kehitetty tukemaan radionuklidien pitoisuuksien ennustamista ja/tai rekonstruointia kehon eri kudoksissa ajan mittaan, jotta tiettyihin elimiin kohdistuvia annoksia voidaan arvioida ja terveysriskejä arvioida.