天然放射性核素品種很多，性質與狀態也各不相同，它們在環境中的分布十分廣泛。在巖石、土壤、空氣、水、動植物、建筑材料、食品甚至人體內都有天然放射性核素的蹤跡。地殼是天然放射性核素的重要貯存庫，尤其是原生放射性核素。地殼中的放射性物質主要為鈾、釷系和 。其中，空氣中的天然放射性核素主要有地表釋入大氣中的 及其子體核素，動植物食品中的天然放射性核素大多數是 。
土壤主要由巖石的浸蝕和風化作用而產生的，可見，其中的放射性是從巖石轉移而來的。由于巖石的種類很多，受到自然條件的作用程度也不盡一致，可以預期土壤中天然放射性核素的濃度變化范圍是很大的。土壤的地理位置、地質來源、水文條件、氣候以及農業歷史等都是影響土壤中天然放射性核素含量的重要因素。
存在于巖石和土壤中的放射性物質，由于地下水的浸濾作用而受損失，地下水中的天然放射性核素主要來源于此途徑。此外，粘附于地表顆粒土壤上的放射性核素，在風力的作用下，可轉變成塵埃或氣溶膠，進而轉入到大氣圈并進一步遷移到植物或動物體內。土壤中的某些可溶性放射性核素被植物根吸收后，繼而輸送到可食部分，接著再被食草動物采食，然后轉移到食肉動物，最終成為食品中和人體中放射性核素的重要來源之一。環境水中天然放射性核素的濃度與多種因素有關。
此外，天然放射性物質還包括宇宙射線。宇宙射線是一種從宇宙空間射到地球上的高能粒子流，它由質子、粒子等組成。天然放射性已為人類所適應，并未造成什么危害。
