El término «radiactividad natural» se refiere a cualquier fuente de radiactividad que no sea artificial. Las principales fuentes de radiactividad natural incluyen la radiación cósmica, la radiación terrestre y la radiación del material del cuerpo humano. Si bien los altos niveles de radiación producidos por los dispositivos artificiales matan las células humanas y pueden causar cáncer, no se ha encontrado que los niveles bajos que ocurren naturalmente tengan efectos adversos para la salud. Cada ser humano recibe un promedio de 2.4 milisievert (mSv) de radiación natural por año, aunque esta cantidad varía según la ubicación geográfica y la ocupación.
La radiación cósmica consta de partículas subatómicas del espacio exterior, principalmente protones y núcleos de hidrógeno. El sol también emite radiación durante las erupciones solares. Cuando estas partículas cargadas entran en la atmósfera de la Tierra, chocan con los átomos y moléculas atmosféricos para crear otros tipos de partículas subatómicas e isótopos radiactivos, incluido el carbono 14.
Los isótopos de un elemento dado tendrán protones del mismo número, pero el número de neutrones será diferente. El carbono 14 tiene un núcleo que contiene 6 protones y 8 neutrones, lo que hace un total de 14 partículas nucleares. Este isótopo es radiactivo, lo que significa que espontáneamente se desintegra y emite partículas. El carbono-14 emite un electrón para descomponerse en el isótopo estable nitrógeno-14 durante un período de tiempo fijo. Los materiales que contienen carbono-14 se pueden colocar en tiempo geológico mediante un proceso conocido como datación por radiocarbono, en el que se utiliza la cantidad de carbono-14 en el material para determinar su edad.
La radiación terrestre es la segunda fuente principal de radiactividad natural. Esta radiación proviene de los isótopos de carbono y potasio, así como del torio y el uranio, que se pueden encontrar en el suelo, las rocas o el agua. Los dos últimos isótopos se descomponen en radón y radio, que son extremadamente radiactivos, aunque raros. Su tasa de desintegración también es bastante larga; por ejemplo, el uranio-238 tiene una vida media de 4.5 millones de años, lo que significa que se necesitan 4.5 millones de años para que una cantidad determinada de la sustancia se reduzca a la mitad mediante la desintegración. La larga vida media del uranio hace que su efecto sobre los seres humanos sea insignificante.
Además de las fuentes terrestres y cósmicas de radiactividad natural, las sustancias del cuerpo humano también producen radiación. La variedad de isótopos radiactivos que se encuentran en el cuerpo humano tiene una fuente terrestre, ya que se han ingerido a través de los alimentos, el agua o el aire. Incluyen carbono-14, potasio-40, uranio, torio, radio y algunos otros. Las concentraciones de estas sustancias son en su mayor parte bastante bajas, siendo las más altas las de carbono y potasio.
La cantidad de radiactividad natural que recibe una persona depende de la ubicación geográfica. Ciertas áreas contienen suelos enriquecidos con un isótopo particular debido a depósitos minerales o procesos orgánicos. Por ejemplo, los humedales pueden contener más uranio debido a la descomposición de material orgánico que contiene este elemento. Las áreas de mayor elevación tienden a recibir más radiación cósmica, ya que están más altas en la atmósfera. Los astronautas y pilotos reciben más radiación cósmica a diario que la persona promedio por la misma razón.