방사성동위원소는 동위원소들 중 불안정하여 알파선(α선), 베타선(β선), 감마선(γ선) 등의 방사선을 방출하고 쪼개지는 원소들을 말한다. 즉 방사성 핵종을 지닌 동위원소로 불안정안 핵자가 방사성 붕괴하며 방사선을 내놓기 때문에 방사능이 있다. 방사성 동위체, 또는 약해서 RI라고도 한다. 이때 붕괴 전의 불안정한 원소를 모원소라 하고 안정하게 된 원소를 자원소라고 부른다. 방사성동위원소의 분해는 압력, 온도, 화학적 처리 등 외부 환경에 영향을 받지 않는다. 방사성 동위원소는 자연적으로 만들어지기도 하고 인공적으로 합성되기도 한다. 천연에 존재하는 방사성 동위원소는 우라늄, 토륨, 라듐, 칼륨 등 70여 종이 있다. 원자로 혹은 입자가속기로 만들어지는 ³²P . ⁶⁰Co · ¹³⁷Cs와 같은 인공 방사성 원소들은 20세기 중반에 이미 1,100종이 넘어섰으며 그 종류는 아직도 증가하고 있다. 종류에 따라 붕괴 방식이 다르고 방사선에 따라 특유의 붕괴 에너지를 갖기 때문에, 이것들을 방사선 검출기로 측정함으로써 그 종류와 양을 알 수 있다. 또한, 각각의 안정된 동위원소의 생성물 또한 다르며 방사선의 경우 극미량만 존재하여도 쉽게 검출이 가능한 점을 이용하여 물질의 이동을 추적하거나 방사선이 물질을 투과할 때 일으키는 작용이 다르다는 특성을 활용하여 의학이나 공학, 농학 등의 연구에 사용되기도 한다.