放射性是自然界存在的一种自然现象。世界上一切物质都是由一种叫“原子”的微小粒子构成的，每个原子的中心有一个“原子核”。大多数物质的原子核是稳定不变的，但有些物质的原子核不稳定，会自然地发生变化，这些不稳定原子核在发生变化的同时会发射各种各样的射线，这种现象就是人们常说的“放射性”。
有的放射性物质在地球诞生时就存在，如铀、钍、镭等，它们叫天然放射性物质。另一方面，人类出于不同的目的制造了一些具有放射性的物质，这种物质叫人工放射性物质。
1 放射性和同位素
1.1 原子
自然界里的所有物质是由各种元素组成的。迄今为止，已发现了一百多种元素，其中绝大部分是天然元素，只有一小部分是用人工方法制造的。所有元素按规则排列在化学元素周期表中。
组成各种元素的基本单位是原子。原子由原子核和围绕原子核按一定能级运行的电子所组成。
不同元素的性质各不相同。元素的化学性质主要取决于原子的外层电子结构和原子半径的大小，而元素的物理性质除了与外层电子有关外，主要取决于原子核的结构。
1.2 原子核、放射性和同位素
原子核由质子和中子组成，它们又可称为核子。质子就是氢原子的核，中子是一种不带电荷的中性粒子。如23Na原子核由11个质子和12个中子组成，而16O原子核则由8个质子和8个中子组成。
有些原子核是不稳定的，它能自发地改变核结构转变成为另一种核，这种现象称为核衰变。由于在发生核衰变的同时，总是伴随着不稳定核放射出带电（α、β）或非带电的粒子（γ射线和χ射线也是光子），所以也有将核衰变称为放射性衰变，将不稳定核称为放射性原子核。
由原子核放射出来的各种粒子称为核辐射，如α、β、γ、χ、n等。
原子序数相同而中子数不同的原子，它们在化学元素周期表中占有同一位置，为此称它们为同位素，如125I和131I以及89Sr和90Sr等。
组成同位素的原子被称为核素，核素是指某一种同位素而言，如氢的同位素由氢、氘、氚三种核素组成。氢和氘的核是稳定的，称为稳定性核素，氚的核是不稳定的，称为放射性核素。应用核反应方法制造的放射性核素称为人工放射性核素，以区别于自然界中存在的天然放射性核素。通常用 来表示核素，其中X为原子符号，z为原子序数，也就是原子核内的质子数，A为原子质量，亦等于核内核子（质子和中子）的总数。
2 放射性衰变的类型
放射性衰变的种类是很多的，这里主要讨论三种，即α衰变、β衰变和γ衰变。
2.1 α衰变
放射性核素的核放射出α粒子而变成另一种新核素的变化过程称为α衰变。α粒子实际上就是氦原子核（ ），它的质量与氦核相等，由2个质子和2个中子组成，常有两个正电荷。因此α衰变后产生的子体核素，其A比母体核素小4，Z小2。
如
2.2 β衰变
不稳定原子核里的一个中子转变成一个质子并放射出β粒子的过程称为β衰变，β粒子常带有一个单位的负电荷，实际上β粒子也就是负电子。
如
2.3 γ衰变
γ射线是原子核从较高能级跃迁到较低能级或基级（核平常所处的最低能级）时所放射的电磁辐射。这种跃迁对于核的原子序数和原子质量数都没有影响，所以称为同质异能跃迁。
3 放射性衰变的一般规律
上面已经提到，不稳定核素的核将自发地发生变化而放射出某一种粒子（如α、β等）或γ射线，这种现象称为核衰变（或放射性衰变）。核衰变进行的速度完全不受外来因素（如温度、压力）改变的影响，有的核素衰变得很快，有的则很慢，它是个别放射性核素的特性。衰变后的核有的是稳定的，有的不稳定而继续衰变。通常把衰变前的核称为母体，衰变后的核称为子体，子体若继续衰变，则有第二代以至更多代的子体。
3.1 衰变规律
放射性核素每一个核的衰变并非同时发生的，而是有先有后的，所以是一个统计过程。衰变定律的数学表达式以如下表示：
（1）
式中N——从某初始时刻经t时刻衰变后的原子数
N0——某初始时刻的原子数
e——2.78
λ——衰变常数
t——衰变时间
上述表示N的值按照时间的指数函数而衰减。
同样，放射性强度也以同样的指数规律而衰减，即A＝A0e-λt （2）
式中Ａ——从某初始时刻经t时刻衰变后的放射性强度
A0——某初始时刻的放射性强度
其它同（1）
3.2 衰变常数、半衰期
衰变常数λ其物理意义就是在单位时间内每一个核的衰变几率。每一种放射性核素都有它固定的衰变常数。λ数值大的放射性核素衰变得快，λ数值小的衰变得慢。衰变常数因子是[秒]-1，例如226Ra的衰变常数为1.38×10-11/秒；222Rn的衰变常数为2.10×10-6/秒。
用来表示放射性特征的，除衰变常数以外还有半衰期，用符号T1/2表示。它的定义是放射性原子数因衰变而减少到原来的一半时所需要的时间。根据（1）式，衰变常数与半衰期有以下关系：
当t＝T1/2时， ，解此式得：
4 放射性强度与辐射量单位
4.1 放射性强度
放射性强度是度量放射性物质的一种物理量，它以放射性物质在单位时间内发生的核衰变数目（核衰变数/秒或核衰变数/分）表示。放射性物质在单位时间内发生的核衰变数目愈多，这种放射性物质的放射性强度就愈大。
现行表示放射性强度的单位是贝可（Bq），1贝可为每秒钟发生1次衰变，即1Bq＝1秒-1。原来表示放射性强度的单位是居里（Ci），1居里为每秒钟衰变3.7×1010次，因此，1居里＝3.7×1010秒-1＝3.7×1010贝可。
我们常常可以把放射性强度换算成放射性物质的质量单位，它们之间有如下的关系：
（T1/2以年为单位）
（T1/2以天为单位）
（T1/2以小时为单位）
（T1/2以分为单位）
（T1/2以秒为单位）
式中Q——放射性核素的重量（克）
A——放射性核素的原子量
T1/2——放射性核素的半衰期
X——放射性核素的放射性强度（为计算方便起见，仍以居里表示）
4.2 辐射量
辐射剂量学中常用的三个辐射量是：照射量、吸收剂量和剂量当量。
4.2.1 照射量
照射量表示χ或γ射线在单位质量小体积元空气中，释放出来的全部电子（负电子和正电子）被完全阻止于空气中时，空气中形成的一种符号的离子总电荷的绝对值，其单位是库仑/千克，曾经以伦琴表示：
1伦琴＝2.58×10-4库仑/千克
照射量率就是单位时间内的照射量。照射量较小时，常用毫伦或微伦表示，因此照射量率也类似地应用毫伦/小时或微伦/秒表示。
4.2.2 吸收剂量
吸收剂量定义为单位质量被照射物质平均吸收的辐射能量。吸收剂量国际单位制单位为戈（瑞）（Gray），以Gy表示。它的定义是质量1千克的物质吸收1焦耳的辐射能量时相应的吸收剂量。原专用单位为拉德，以rad表示，1戈＝100拉德。
4.2.3 剂量当量
实验研究证明，某一吸收剂量的生物效应，是与辐射的种类以及照射条件有关的。这就是说，仅知道人体接受的吸收剂量还不能说明人体受到多大的损害，因此，有必要引用剂量当量这一概念来修正这些因素。
剂量当量国际单位制单位为希（沃特），以Sv表示。原专用单位为雷姆，以ram表示，1希＝100雷姆。
剂量当量H定义为吸收剂量和其它必要修正因子的乘积，并用下式来表示:
式中H——剂量当量（Sv）
D——吸收剂量（Gy）
Q——辐射的线质系数（或称品质因子）
N——其它修正系数（N＝1）
5 核辐射与物质的相互作用
核辐射与物质的相互作用，随着核辐射种类和物质的性质而不同。
5.1 带电粒子与物质的相互作用
不稳定核衰变时放射出来的带电粒子（如α、β）和物质的相互作用主要是电离、激发、散射和吸收。带电粒子与物质的相互作用还会产生次级辐射，如轫致辐射等
α粒子是带电粒子，带电粒子通过物质时，其能量转移（损失）的主要方式是电离和激发。β射线是高速运动的电子，它与物质相互作用时主要也是引起物质原子的电离和激发。
5.2 γ射线与物质的相互作用
γ射线是不带电的中性粒子，它不能使物质直接电离和激发。它与物质作用有三种主要形式，即光电效应、康普顿效应和电子对效应。γ射线与物质相互作用时发生的任何一种效应都会产生次级电子，它与β粒子一样，可引起物质原子的电离和激发。
5.3 中子与物质的相互作用
与上述核辐射不同，中子不与吸收介质的原子核外层电子相互作用。当中子流穿过吸收物质时，它可以进入吸收物质的原子核内部并与核子相互作用，其过程可分为两种：第一种相互作用的结果，入射中子改变运动方向，或者损失一部分能量，但相撞击的粒子的性质仍然不变，这种过程叫做原子核对中子的散射；第二种相互作用的结果是被撞击的核俘获了中子而形成一个新的不稳定核，这种新的不稳定核通过发射γ射线、β粒子或α粒子或者通过重核裂变而蜕变。