Ein radioaktives Isotop, auch Radioisotop, Radionuklid oder radioaktives Nuklid genannt, ist eine von mehreren Arten desselben chemischen Elements mit unterschiedlichen Massen, deren Kerne instabil sind und überschüssige Energie durch spontane Aussendung von Strahlung in Form von Alpha-, Beta- und Gammastrahlen abgeben. Jedes chemische Element hat ein oder mehrere radioaktive Isotope. Zum Beispiel hat Wasserstoff, das leichteste Element, drei Isotope, die die Massenzahlen 1, 2 und 3 haben. Allerdings ist nur Wasserstoff-3 (Tritium) ein radioaktives Isotop; die beiden anderen sind stabil. Es sind mehr als 1.800 radioaktive Isotope der verschiedenen Elemente bekannt. Einige davon kommen in der Natur vor, die übrigen werden künstlich als direkte Produkte von Kernreaktionen oder indirekt als radioaktive Nachkommen dieser Produkte hergestellt. Jedes „Elternteil“ radioaktiver Isotope zerfällt schließlich in ein oder höchstens ein paar stabile Isotop-„Töchter“, die spezifisch für dieses Elternteil sind.

Es gibt mehrere Quellen für radioaktive Isotope. Einige radioaktive Isotope sind als Erdstrahlung vorhanden. Radioaktive Isotope von Radium, Thorium und Uran zum Beispiel kommen natürlich in Gesteinen und Böden vor. Uran und Thorium kommen auch in Spuren im Wasser vor. Radon, das durch den radioaktiven Zerfall von Radium entsteht, ist in der Luft vorhanden. Organische Materialien enthalten typischerweise geringe Mengen an radioaktivem Kohlenstoff und Kalium. Kosmische Strahlung von der Sonne und anderen Sternen ist eine Quelle der Hintergrundstrahlung auf der Erde. Andere radioaktive Isotope werden vom Menschen durch Kernreaktionen erzeugt, die zu instabilen Kombinationen von Neutronen und Protonen führen. Eine Möglichkeit, die Kerntransmutation künstlich herbeizuführen, besteht darin, stabile Isotope mit Alphateilchen zu beschießen.

Radioaktive Isotope haben viele nützliche Anwendungen. Insbesondere in der Nuklearmedizin und der Strahlentherapie spielen sie eine zentrale Rolle. In der Nuklearmedizin können Tracer-Radioisotope oral eingenommen oder in den Körper injiziert oder inhaliert werden. Das Radioisotop zirkuliert durch den Körper oder wird nur von bestimmten Geweben aufgenommen. Seine Verteilung kann anhand der Strahlung, die es abgibt, verfolgt werden. In der Strahlentherapie werden Radioisotope typischerweise eingesetzt, um kranke Zellen zu zerstören. Die Strahlentherapie wird üblicherweise zur Behandlung von Krebs und anderen Erkrankungen eingesetzt, die mit abnormalem Gewebewachstum einhergehen, wie z. B. Schilddrüsenüberfunktion. Strahlen aus subatomaren Teilchen, wie Protonen, Neutronen, Alpha- oder Betateilchen, die auf erkranktes Gewebe gerichtet sind, können die atomare oder molekulare Struktur der abnormalen Zellen stören und sie zum Absterben bringen. In der Medizin werden künstliche Radioisotope verwendet, die aus stabilen Isotopen hergestellt wurden, die mit Neutronen beschossen wurden.