Terminas „natūralus radioaktyvumas“ reiškia bet kokį radioaktyvumo šaltinį, kuris nėra žmogaus sukurtas. Pagrindiniai natūralaus radioaktyvumo šaltiniai yra kosminė spinduliuotė, žemės spinduliuotė ir žmogaus kūne esančių medžiagų spinduliuotė. Nors didelis žmogaus sukurtų prietaisų gaminamas radiacijos lygis naikina žmogaus ląsteles ir gali sukelti vėžį, nenustatyta, kad natūraliai atsirandantis mažas radiacijos lygis turėtų neigiamą poveikį sveikatai. Kiekvienas žmogus per metus vidutiniškai gauna 2.4 milisiverto (mSv) natūralios spinduliuotės, nors šis kiekis skiriasi priklausomai nuo geografinės padėties ir profesijos.
Kosminė spinduliuotė susideda iš subatominių dalelių iš kosmoso, daugiausia protonų ir vandenilio branduolių. Saulė taip pat skleidžia spinduliuotę saulės blyksnių metu. Kai šios įkrautos dalelės patenka į Žemės atmosferą, jos susiduria su atmosferos atomais ir molekulėmis, kad sukurtų kitų tipų subatomines daleles ir radioaktyvius izotopus, įskaitant anglį-14.
Tam tikro elemento izotopai turės vienodo skaičiaus protonų, tačiau neutronų skaičius bus skirtingas. Anglies-14 branduolyje yra 6 protonai ir 8 neutronai, iš viso sudaro 14 branduolinių dalelių. Šis izotopas yra radioaktyvus, tai reiškia, kad jis spontaniškai suyra ir išskiria daleles. Anglis-14 išskiria elektroną, kuris per fiksuotą laiką suyra į stabilų izotopą azotą-14. Medžiagos, kurių sudėtyje yra anglies-14, gali būti dedamos į geologinį laiką, naudojant procesą, žinomą kaip radioaktyviosios anglies datavimas, kurio metu anglies-14 kiekis medžiagoje naudojamas jos amžiui nustatyti.
Sausumos spinduliuotė yra antras pagrindinis natūralaus radioaktyvumo šaltinis. Šią spinduliuotę sukelia anglies ir kalio, taip pat torio ir urano izotopai, kurių gali būti dirvožemyje, uolienose ar vandenyje. Pastarieji du izotopai skyla į radoną ir radį, kurie yra itin radioaktyvūs, nors ir reti. Jų skilimo greitis taip pat gana ilgas – pavyzdžiui, urano-238 pusinės eliminacijos laikas yra 4.5 milijardo metų, o tai reiškia, kad reikia 4.5 milijardo metų, kad tam tikras medžiagos kiekis sumažėtų per pusę. Dėl ilgo urano pusinės eliminacijos periodo jo poveikis žmonėms yra nereikšmingas.
Be antžeminių ir kosminių natūralaus radioaktyvumo šaltinių, žmogaus organizme esančios medžiagos taip pat gamina spinduliuotę. Žmogaus kūne randamų radioaktyviųjų izotopų masyvas yra antžeminis, nes jie buvo praryti per maistą, vandenį ar orą. Tai apima anglis-14, kalį-40, uraną, torą, radį ir kai kuriuos kitus. Šių medžiagų koncentracijos dažniausiai yra gana mažos, o didžiausios yra anglies ir kalio.
Natūralaus radioaktyvumo kiekis, kurį žmogus gauna, priklauso nuo geografinės padėties. Tam tikrose vietovėse yra dirvožemio, praturtinto tam tikru izotopu dėl mineralinių telkinių arba organinių procesų. Pavyzdžiui, pelkėse gali būti daugiau urano dėl organinių medžiagų, kuriose yra šio elemento, irimo. Didesnio aukščio sritys paprastai gauna daugiau kosminės spinduliuotės, nes jos yra aukščiau atmosferos. Astronautai ir pilotai dėl tos pačios priežasties kasdien gauna daugiau kosminės spinduliuotės nei paprastas žmogus.