Vissa atomer har instabila kärnor som spontant omvandlas till stabilare former, ofta med utsläpp av partiklar och energi som kallas strålning. Över 60 radionuklider finns i naturen, och hundratals fler kan tillverkas av människan i anordningar som reaktorer eller acceleratorer. Jordiska radionuklider finns i jordskorpan och har funnits där sedan jorden skapades. Kosmogena radionuklider bildas när kosmisk strålning från rymden interagerar med jordens atmosfär och jordskorpa. Antropogen radioaktivitet kommer från mänsklig verksamhet, t.ex. kärnvapentester och användning av kärnvapen, reaktordrift och olyckor samt användning av partikelacceleratorer. Hälsoeffekterna av exponering för strålning kan delas in i två kategorier. Deterministiska effekter uppstår endast när en minimidos eller tröskel överskrids och blir allvarligare när dosen ökar ytterligare. Exempel är rodnad på huden (erytem) och bildning av grå starr. När det gäller stokastiska effekter (t.ex. cancer och genetiska effekter) ökar sannolikheten snarare än svårighetsgraden av effekten med dosen. Graden av hälsorisk från en radioaktiv förening varierar med faktorer som omfattar koncentrationen och styrkan hos radionukliden i materialet, vilka typer av strålning som avges, hur exponeringen sker, hur materialet beter sig i människokroppen och materialets kemiska toxicitet. Mycket forskning har utförts på människor och djur för att beskriva hur radioaktiva ämnen hålls kvar och transporteras i människokroppen och för att beskriva kinetiken för transport, kvarhållande och utsöndring. Detaljerade matematiska modeller har utvecklats för att stödja förutsägelse och/eller rekonstruktion av koncentrationer av radionuklider i olika kroppsvävnader över tid så att doser till specifika organ kan uppskattas och hälsorisker utvärderas.