Niektóre atomy mają niestabilne jądra, które spontanicznie przekształcają się w bardziej stabilne formy, często z emisją cząstek i energii, które są nazywane promieniowaniem. Ponad 60 radionuklidów występuje w przyrodzie, a setki innych mogą być wytwarzane przez człowieka w urządzeniach takich jak reaktory czy akceleratory. Naziemne nuklidy promieniotwórcze znajdują się w skorupie ziemskiej i są tam obecne od momentu powstania Ziemi. Radionuklidy kosmogeniczne powstają, gdy promienie kosmiczne z kosmosu oddziałują z atmosferą i skorupą ziemską. Radioaktywność antropogeniczna pochodzi z działalności człowieka, takiej jak testy broni jądrowej i jej stosowanie, eksploatacja reaktorów i wypadki oraz stosowanie akceleratorów cząstek. Skutki zdrowotne narażenia na promieniowanie dzielą się na dwie kategorie. Skutki deterministyczne występują jedynie po przekroczeniu minimalnej dawki lub progu i stają się coraz poważniejsze w miarę dalszego wzrostu dawki. Przykłady obejmują zaczerwienienie skóry (rumień) i powstawanie zaćmy. W przypadku skutków stochastycznych (takich jak nowotwory i skutki genetyczne) wraz ze wzrostem dawki rośnie raczej prawdopodobieństwo wystąpienia skutku niż jego dotkliwość. Stopień zagrożenia zdrowia związkami promieniotwórczymi różni się w zależności od czynników obejmujących stężenie i moc radionuklidu w materiale, rodzaje emitowanego promieniowania, drogę narażenia, sposób zachowania się materiału w organizmie człowieka oraz toksyczność chemiczną materiału. Przeprowadzono wiele badań na ludziach i zwierzętach w celu opisania, w jaki sposób materiały radioaktywne są zatrzymywane i transportowane w organizmie ludzkim oraz w celu opisania kinetyki transportu, retencji i wydalania. Opracowano szczegółowe modele matematyczne wspomagające przewidywanie i/lub rekonstrukcję stężeń radionuklidów w różnych tkankach ciała w czasie, tak aby można było oszacować dawki dla poszczególnych narządów i ocenić zagrożenia dla zdrowia

.