天然放射性核素品种很多，性质与状态也各不相同，它们在环境中的分布十分广泛。在岩石、土壤、空气、水、动植物、建筑材料、食品甚至人体内都有天然放射性核素的踪迹。地壳是天然放射性核素的重要贮存库，尤其是原生放射性核素。地壳中的放射性物质主要为铀、钍系和 。其中，空气中的天然放射性核素主要有地表释入大气中的 及其子体核素，动植物食品中的天然放射性核素大多数是 。
土壤主要由岩石的浸蚀和风化作用而产生的，可见，其中的放射性是从岩石转移而来的。由于岩石的种类很多，受到自然条件的作用程度也不尽一致，可以预期土壤中天然放射性核素的浓度变化范围是很大的。土壤的地理位置、地质来源、水文条件、气候以及农业历史等都是影响土壤中天然放射性核素含量的重要因素。
存在于岩石和土壤中的放射性物质，由于地下水的浸滤作用而受损失，地下水中的天然放射性核素主要来源于此途径。此外，粘附于地表颗粒土壤上的放射性核素，在风力的作用下，可转变成尘埃或气溶胶，进而转入到大气圈并进一步迁移到植物或动物体内。土壤中的某些可溶性放射性核素被植物根吸收后，继而输送到可食部分，接着再被食草动物采食，然后转移到食肉动物，最终成为食品中和人体中放射性核素的重要来源之一。环境水中天然放射性核素的浓度与多种因素有关。
此外，天然放射性物质还包括宇宙射线。宇宙射线是一种从宇宙空间射到地球上的高能粒子流，它由质子、粒子等组成。天然放射性已为人类所适应，并未造成什么危害。
