"Doğal radyoaktivite" terimi, insan yapımı olmayan herhangi bir radyoaktivite kaynağını belirtir. Doğal radyoaktivitenin ana kaynakları kozmik radyasyon, karasal radyasyon ve insan vücudundaki malzemeden radyasyondur. İnsan yapımı cihazların ürettiği yüksek radyasyon seviyelerinin insan hücrelerini öldürdüğü ve kansere neden olabileceği gibi, doğal olarak meydana gelen düşük seviyelerin de olumsuz sağlık etkilerinin olmadığı görülmüştür. Her insan, yılda ortalama 2,4 milyon ton (mSv) doğal radyasyon almaktadır, ancak bu miktar coğrafi konum ve mesleğe göre değişmektedir.
Kozmik radyasyon, dış uzaydan, çoğunlukla protonlardan ve hidrojen çekirdekten subatomik parçacıklardan oluşur. Güneş ayrıca güneş patlamaları sırasında radyasyon yayar. Bu yüklü parçacıklar Dünya'nın atmosferine girdiğinde, diğer atom altı atom parçacıkları ve karbon-14 de dahil olmak üzere radyoaktif izotoplar oluşturmak için atmosferik atomlar ve moleküller ile çarpışırlar.
Belirli bir elementin izotopları aynı sayıda protona sahip olacak, ancak nötronların sayısı farklı olacaktır. Karbon-14, 6 proton ve 8 nötron içeren bir çekirdeğe sahiptir ve toplam 14 nükleer parçacık üretmektedir. Bu izotop radyoaktiftir, yani kendiliğinden çürümeye maruz kalır ve parçacıkları yayar. Karbon-14, sabit bir izotop azot-14'e sabit bir süre boyunca çürümek için bir elektron yayar. Karbon-14 içeren malzemeler, içerisinde karbon-14 miktarının yaşını belirlemek için kullanıldığı, radyokarbon tarihlemesi olarak bilinen bir işlem kullanılarak jeolojik zamanda yerleştirilebilir.
Karasal radyasyon, doğal radyoaktivitenin ikinci ana kaynağıdır. Bu radyasyon karbon, potasyum izotoplarından, toprakta, kayalarda veya suda bulunabilen toryum ve uranyumdan gelir. Son iki izotop nadiren radyoaktif olan radon ve radyumda çürür. Bozulma hızları da oldukça uzundur - örneğin, uranyum-238'in ömrü 4,5 milyar yıldır, yani belirli bir maddenin miktarının bozunması halinde azalması 4,5 milyar yıl alır. Uranyumun uzun yarı ömrü insan üzerindeki etkisini ihmal edilebilir hale getirir.
Karasal ve kozmik doğal radyoaktivite kaynaklarına ek olarak, insan vücudundaki maddeler de radyasyon üretir. İnsan vücudunda bulunan radyoaktif izotopların dizilimi karasal bir kaynağa sahiptir, çünkü bunlar yiyecek, su veya hava yoluyla alınmaktadır. Bunlar karbon-14, potasyum-40, uranyum, toryum, radyum ve bazılarını içerir. Bu maddelerin konsantrasyonları çoğunlukla oldukça düşüktür, en yüksekleri karbon ve potasyumlardır.
Bir kişinin aldığı doğal radyoaktivite miktarı coğrafi konuma bağlıdır. Bazı bölgeler, mineral birikintileri veya organik işlemlerden dolayı belirli bir izotopla zenginleştirilmiş topraklar içerir. Örneğin, sulak alanlar, bu elementi içeren organik malzemenin çürümesinden dolayı daha fazla uranyum içerebilir. Yüksek rakımlı alanlar, atmosferde daha yüksek oldukları için daha kozmik radyasyon alma eğilimindedir. Astronotlar ve pilotlar aynı sebepten dolayı ortalama bir kişiden günlük olarak daha fazla kozmik radyasyon alırlar.
