Un isotope radioactif, également appelé radioisotope, radionucléide ou nucléide radioactif, est l’une des plusieurs espèces d’un même élément chimique de masses différentes dont les noyaux sont instables et dissipent l’énergie excédentaire en émettant spontanément des rayonnements sous forme de rayons alpha, bêta et gamma. Chaque élément chimique possède un ou plusieurs isotopes radioactifs. Par exemple, l’hydrogène, l’élément le plus léger, possède trois isotopes, qui ont les numéros de masse 1, 2 et 3. Cependant, seul l’hydrogène 3 (tritium) est un isotope radioactif ; les deux autres sont stables. On connaît plus de 1 800 isotopes radioactifs des différents éléments. Certains d’entre eux se trouvent dans la nature ; les autres sont produits artificiellement comme produits directs de réactions nucléaires ou indirectement comme descendants radioactifs de ces produits. Chaque isotope radioactif « parent » finit par se désintégrer en un ou au plus quelques « filles » isotopes stables spécifiques de ce parent.

Il existe plusieurs sources d’isotopes radioactifs. Certains isotopes radioactifs sont présents sous forme de rayonnement terrestre. Les isotopes radioactifs du radium, du thorium et de l’uranium, par exemple, sont présents naturellement dans les roches et les sols. L’uranium et le thorium sont également présents à l’état de traces dans l’eau. Le radon, généré par la désintégration radioactive du radium, est présent dans l’air. Les matières organiques contiennent généralement de petites quantités de carbone et de potassium radioactifs. Le rayonnement cosmique du Soleil et d’autres étoiles est une source de rayonnement de fond sur la Terre. D’autres isotopes radioactifs sont produits par l’homme par le biais de réactions nucléaires, qui donnent lieu à des combinaisons instables de neutrons et de protons. Une façon d’induire artificiellement une transmutation nucléaire consiste à bombarder des isotopes stables avec des particules alpha.

Les isotopes radioactifs ont de nombreuses applications utiles. En particulier, ils sont au cœur des domaines de la médecine nucléaire et de la radiothérapie. En médecine nucléaire, les radioisotopes traceurs peuvent être pris par voie orale ou être injectés ou inhalés dans l’organisme. Le radio-isotope circule dans l’organisme ou n’est absorbé que par certains tissus. Sa distribution peut être suivie en fonction du rayonnement qu’il émet. En radiothérapie, les radio-isotopes sont généralement employés pour détruire les cellules malades. La radiothérapie est couramment utilisée pour traiter le cancer et d’autres affections impliquant une croissance anormale des tissus, comme l’hyperthyroïdie. Les faisceaux de particules subatomiques, comme les protons, les neutrons ou les particules alpha ou bêta, dirigés vers les tissus malades peuvent perturber la structure atomique ou moléculaire des cellules anormales, ce qui entraîne leur mort. Les applications médicales utilisent des radioisotopes artificiels qui ont été produits à partir d’isotopes stables bombardés par des neutrons.