Istilah “radioaktivitas alam” mengacu pada setiap sumber radioaktivitas yang bukan buatan manusia. Sumber utama radioaktivitas alam termasuk radiasi kosmik, radiasi terestrial, dan radiasi dari material dalam tubuh manusia. Sementara tingkat radiasi yang tinggi yang dihasilkan oleh perangkat buatan manusia membunuh sel-sel manusia dan dapat menyebabkan kanker, tingkat rendah yang terjadi secara alami belum ditemukan memiliki efek kesehatan yang merugikan. Setiap manusia menerima rata-rata 2.4 millisievert (mSv) radiasi alam per tahun, meskipun jumlah ini bervariasi berdasarkan lokasi geografis dan pekerjaan.
Radiasi kosmik terdiri dari partikel subatomik dari luar angkasa, sebagian besar proton dan inti hidrogen. Matahari juga memancarkan radiasi selama semburan matahari. Ketika partikel bermuatan ini memasuki atmosfer Bumi, mereka bertabrakan dengan atom dan molekul atmosfer untuk menciptakan jenis partikel subatomik dan isotop radioaktif lainnya, termasuk karbon-14.
Isotop unsur tertentu akan memiliki proton dengan jumlah yang sama, tetapi jumlah neutron akan berbeda. Karbon-14 memiliki inti yang mengandung 6 proton dan 8 neutron, sehingga total 14 partikel nuklir. Isotop ini bersifat radioaktif, artinya secara spontan mengalami peluruhan dan memancarkan partikel. Karbon-14 memancarkan elektron untuk meluruh menjadi isotop stabil nitrogen-14 selama periode waktu tertentu. Bahan yang mengandung karbon-14 dapat ditempatkan dalam waktu geologis menggunakan proses yang dikenal sebagai penanggalan radiokarbon, di mana jumlah karbon-14 dalam bahan digunakan untuk menentukan umurnya.
Radiasi terestrial adalah sumber utama kedua dari radioaktivitas alam. Radiasi ini berasal dari isotop karbon dan kalium, serta torium dan uranium, yang dapat ditemukan di tanah, batu, atau air. Dua isotop terakhir meluruh menjadi radon dan radium, yang sangat radioaktif, meskipun jarang. Tingkat peluruhannya juga cukup lama — misalnya, uranium-238 memiliki waktu paruh 4.5 miliar tahun, yang berarti bahwa dibutuhkan 4.5 miliar tahun untuk sejumlah zat tertentu untuk dikurangi melalui peluruhan hingga setengahnya. Waktu paruh uranium yang panjang membuat efeknya pada manusia dapat diabaikan.
Selain sumber radioaktivitas alam terestrial dan kosmik, zat dalam tubuh manusia juga menghasilkan radiasi. Susunan isotop radioaktif yang ditemukan dalam tubuh manusia memiliki sumber terestrial, karena telah dicerna melalui makanan, air, atau udara. Mereka termasuk karbon-14, kalium-40, uranium, torium, radium, dan beberapa lainnya. Konsentrasi zat-zat ini sebagian besar cukup rendah, dengan yang tertinggi adalah karbon dan kalium.
Jumlah radioaktivitas alam yang diterima seseorang tergantung pada lokasi geografis. Daerah tertentu mengandung tanah yang diperkaya dengan isotop tertentu karena deposit mineral atau proses organik. Misalnya, lahan basah mungkin mengandung lebih banyak uranium karena peluruhan bahan organik yang mengandung unsur ini. Daerah dengan ketinggian yang lebih tinggi cenderung menerima lebih banyak radiasi kosmik, karena mereka lebih tinggi di atmosfer. Astronot dan pilot menerima lebih banyak radiasi kosmik setiap hari daripada rata-rata orang untuk alasan yang sama.