Izraz “prirodna radioaktivnost” odnosi se na bilo koji izvor radioaktivnosti koji nije umjetno proizveo. Glavni izvori prirodne radioaktivnosti uključuju kozmičko zračenje, zemaljsko zračenje i zračenje materijala u ljudskom tijelu. Dok visoke razine zračenja koje proizvode umjetni uređaji ubijaju ljudske stanice i mogu uzrokovati rak, nije utvrđeno da niske razine koje se javljaju prirodno nemaju štetne učinke na zdravlje. Svako ljudsko biće prima prosječno 2.4 milisiverta (mSv) prirodnog zračenja godišnje, iako ta količina varira ovisno o geografskom položaju i zanimanju.
Kozmičko zračenje sastoji se od subatomskih čestica iz svemira, uglavnom protona i jezgri vodika. Sunce također emitira zračenje tijekom sunčevih baklji. Kada te nabijene čestice uđu u Zemljinu atmosferu, sudaraju se s atmosferskim atomima i molekulama stvarajući druge vrste subatomskih čestica i radioaktivnih izotopa, uključujući ugljik-14.
Izotopi danog elementa imat će protone istog broja, ali će broj neutrona biti različit. Ugljik-14 ima jezgru koja sadrži 6 protona i 8 neutrona, što čini ukupno 14 nuklearnih čestica. Ovaj izotop je radioaktivan, što znači da se spontano raspada i emitira čestice. Ugljik-14 emitira elektron koji se raspada u stabilni izotop dušik-14 tijekom određenog vremenskog razdoblja. Materijali koji sadrže ugljik-14 mogu se smjestiti u geološko vrijeme pomoću procesa poznatog kao radiokarbonsko datiranje, u kojem se količina ugljika-14 u materijalu koristi za određivanje njegove starosti.
Zemaljsko zračenje je drugi veliki izvor prirodne radioaktivnosti. Ovo zračenje dolazi od izotopa ugljika i kalija, kao i torija i urana, koji se mogu naći u tlu, stijenama ili vodi. Posljednja dva izotopa se raspadaju na radon i radij, koji su iznimno radioaktivni, iako rijetki. Njihova stopa raspada je također prilično duga – na primjer, uran-238 ima poluživot od 4.5 milijardi godina, što znači da je potrebno 4.5 milijardi godina da se određena količina tvari smanji raspadom za polovicu. Dug poluvijek urana čini njegov učinak na ljudska bića zanemarivim.
Osim zemaljskih i kozmičkih izvora prirodne radioaktivnosti, tvari u ljudskom tijelu također proizvode zračenje. Niz radioaktivnih izotopa pronađenih u ljudskom tijelu ima zemaljski izvor, budući da su uneseni hranom, vodom ili zrakom. Oni uključuju ugljik-14, kalij-40, uran, torij, radij i neke druge. Koncentracije ovih tvari uglavnom su vrlo niske, a najveće su ugljika i kalija.
Količina prirodne radioaktivnosti koju osoba prima ovisi o zemljopisnom položaju. Određena područja sadrže tla obogaćena određenim izotopom zbog mineralnih naslaga ili organskih procesa. Na primjer, močvare mogu sadržavati više urana zbog raspadanja organskog materijala koji sadrži ovaj element. Područja veće nadmorske visine obično primaju više kozmičkog zračenja, budući da su viša u atmosferi. Astronauti i piloti dnevno primaju više kozmičkog zračenja od prosječne osobe iz istog razloga.