Termen ”naturlig radioaktivitet” syftar på alla radioaktivitetskällor som inte är skapade av människan. Viktiga källor till naturlig radioaktivitet inkluderar kosmisk strålning, markstrålning och strålning från material i människokroppen. Även om de höga nivåerna av strålning som produceras av konstgjorda enheter dödar mänskliga celler och kan orsaka cancer, har de låga nivåerna som förekommer naturligt inte visat sig ha några negativa hälsoeffekter. Varje människa får i genomsnitt 2.4 millisievert (mSv) naturlig strålning per år, även om denna mängd varierar beroende på geografisk plats och yrke.
Kosmisk strålning består av subatomära partiklar från yttre rymden, mestadels protoner och vätekärnor. Solen sänder också ut strålning under solflammor. När dessa laddade partiklar kommer in i jordens atmosfär, kolliderar de med atmosfäriska atomer och molekyler för att skapa andra typer av subatomära partiklar och radioaktiva isotoper, inklusive kol-14.
Ett givet grundämnes isotoper kommer att ha protoner med samma antal, men antalet neutroner kommer att vara olika. Kol-14 har en kärna som innehåller 6 protoner och 8 neutroner, vilket gör totalt 14 kärnpartiklar. Denna isotop är radioaktiv, vilket betyder att den spontant sönderfaller och avger partiklar. Kol-14 avger en elektron för att sönderfalla till den stabila isotopen kväve-14 under en bestämd tidsperiod. Material som innehåller kol-14 kan placeras i geologisk tid med hjälp av en process som kallas radiokoldatering, där mängden kol-14 i materialet används för att bestämma dess ålder.
Jordbunden strålning är den andra stora källan till naturlig radioaktivitet. Denna strålning kommer från isotoper av kol och kalium, samt torium och uran, som kan finnas i jord, stenar eller vatten. De två sistnämnda isotoperna sönderfaller till radon och radium, som är extremt radioaktiva, men sällsynta. Deras sönderfallshastighet är också ganska lång – till exempel har uran-238 en halveringstid på 4.5 miljarder år, vilket innebär att det tar 4.5 miljarder år för en given mängd av ämnet att halveras genom sönderfallet. Den långa halveringstiden för uran gör dess effekt på människor försumbar.
Förutom jordiska och kosmiska källor till naturlig radioaktivitet producerar ämnen i människokroppen också strålning. Den mängd radioaktiva isotoper som finns i människokroppen har en jordisk källa, eftersom de har intagits genom mat, vatten eller luft. De inkluderar kol-14, kalium-40, uran, torium, radium och några andra. Koncentrationerna av dessa ämnen är för det mesta ganska låga, där de högsta är kol och kalium.
Mängden naturlig radioaktivitet en person får beror på geografisk plats. Vissa områden innehåller jordar berikade med en viss isotop på grund av mineralavlagringar eller organiska processer. Till exempel kan våtmarker innehålla mer uran på grund av sönderfallet av organiskt material som innehåller detta element. Områden med högre höjd tenderar att ta emot mer kosmisk strålning, eftersom de är högre i atmosfären. Astronauter och piloter får mer kosmisk strålning dagligen än en genomsnittlig person av samma anledning.