Egyes atomok atommagjai instabilak, amelyek spontán átalakulnak stabilabb formákká, gyakran részecskék és energia kibocsátásával, amit sugárzásnak nevezünk. Több mint 60 radionuklid található a természetben, és további százakat állíthat elő az ember olyan berendezésekben, mint a reaktorok vagy a gyorsítók. A földi radionuklidok a földkéregben találhatók, és a Föld keletkezése óta ott vannak. A kozmogén radionuklidok akkor keletkeznek, amikor az űrből érkező kozmikus sugárzás kölcsönhatásba lép a Föld légkörével és kérgével. Az antropogén radioaktivitás olyan emberi tevékenységekből származik, mint a nukleáris fegyverek tesztelése és használata, a reaktorok működése és balesetei, valamint a részecskegyorsítók használata. A sugárterhelés egészségügyi hatásai két kategóriába sorolhatók. A determinisztikus hatások csak egy minimális dózis vagy küszöbérték túllépésekor jelentkeznek, és a dózis további növekedésével egyre súlyosabbak. Ilyen például a bőrpír (erythema) és a szürkehályog kialakulása. A sztochasztikus hatásoknál (mint például a rák és a genetikai hatások) a dózissal inkább a valószínűség, mint a hatás súlyossága növekszik. A radioaktív vegyületek által okozott egészségügyi kockázat mértéke olyan tényezők függvényében változik, mint a radionuklid koncentrációja és erőssége az anyagban, a kibocsátott sugárzás típusa, az expozíció módja, az anyag viselkedése az emberi szervezetben és az anyag kémiai toxicitása. Számos kutatást végeztek embereken és állatokon a radioaktív anyagok emberi szervezetben való visszatartásának és szállításának, valamint a szállítás, visszatartás és kiválasztás kinetikájának leírására. Részletes matematikai modelleket dolgoztak ki a radionuklidok különböző testszövetekben lévő koncentrációinak időbeli előrejelzésére és/vagy rekonstruálására, hogy az egyes szerveket érő dózisokat meg lehessen becsülni és az egészségügyi kockázatokat értékelni lehessen.

.