ธาตุบางชนิดมีไอโซโทป ซึ่งไอโซโทปเหล่านั้นแผ่รังสีได้เกิดเป็นธาตุกัมมันตรังสี รังสีที่แผ่ออกมามี 3 ชนิด คือ รังสีแอลฟา รังสีบีตา และรังสีแกมมา ธาตุกัมมันตรังสีมีทั้งประโยชน์และโทษ หากใช้ไม่ระมัดระวัง อาจเกิดอันตรายถึงแก่ชีวิต

กัมมันตรังสี คือ ปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่อง เกิดจากการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสของไอโซโทปที่ไม่เสถียร ไอโซโทปที่ไม่เสถียรมีจำนวนนิวตรอนแตกต่างจากจำนวนโปรตอนมาก เช่น เรเดียม-226 มีนิวตรอน 138 อนุภาค มีโปรตอน 88 อนุภาค

ธาตุกัมมันตรังสี คือ ไอโซโทปของธาตุที่แผ่รังสีออกมาได้ เนื่องจากเป็นไอโซโทปที่ไม่เสถียร ธาตุกัมมันตรังสีเป็นธาตุที่มีเลขอะตอมสูงกว่า 83 ธาตุ กัมมันตรังสีที่พบในธรรมชาติมีหลายชนิด เช่น ยูเรเนียม-238 ยูเรเนียม-235 เรดอน-222 เป็นต้น ธาตุกัมมันตรังสีจะปล่อยพลังงานออกมาในรูปของอนุภาคหรือรังสีบางชนิด แล้วเปลี่ยนไปเป็นธาตุอื่นๆ รังสีที่แผ่ออกมาจากธาตุกัมมันตรังสีอาจเป็นรังสีแอลฟา รังสีบีตา หรือรังสีแกมมา รังสีแต่ละชนิดมีสมบัติดังนี้

1. รังสีแอลฟา เป็นนิวเคลียสของธาตุฮีเลียม ประกอบด้วยโปรตอน 2 อนุภาค นิวตรอน 2 อนุภาค มีประจุไฟฟ้า +2 มีสัญลักษณ์นิวเคลียร์เป็น 24He มีอำนาจทะลุทะลวงต่ำ ไม่สามารถทะลุผ่านแผ่นกระดาษหรือโลหะบางๆ ได้

2. รังสีบีตา มีสมบัติเหมือนอิเล็กตรอน มีประจุไฟฟ้า -1 มีมวลเท่ากับมวลของอิเล็กตรอน มีความเร็วเกือบเท่าความเร็วแสง มีอำนาจทะลุทะลวงสูงกว่ารังสีแอลฟาประมาณ 100 เท่า จึงสามารถทะลุผ่านแผ่นตะกั่วหนา 1 มม. หรืออะลูมิเนียมหนา 5 มม. ได้

3. รังสีแกมมา เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก ไม่มีประจุและมวล มีความเร็วเท่ากับความเร็วแสง มีอำนาจทะลุทะลวงสูงกว่ารังสีบีตา สามารถทะลุผ่านตะกั่วหนา 8 มม. ได้ เข้าไปในเหล็กได้ลึก 25 ซม.

เรานำธาตุกัมมันตรังสีมาใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ ดังนี้

1. ด้านธรณีวิทยา  มีการใช้ C-14 คำนวณหาอายุของวัตถุโบราณ หรืออายุของซากดึกดำบรรพ์

2. ด้านการแพทย์ ใช้รักษาโรคมะเร็ง ในการรักษาโรคมะเร็งบางชนิด กระทำได้โดยการฉายรังสีแกมมาที่ได้จาก โคบอลต์-60 เข้าไปทำลายเซลล์มะเร็ง ผู้ป่วยที่เป็นมะเร็งในระยะแรกสามารถรักษาให้หายขาดได้ แล้วยังใช้โซเดียม-24 ที่อยู่ในรูปของ NaCl ฉีดเข้าไปในเส้นเลือด เพื่อตรวจการไหลเวียนของโลหิต โดย โซเดียม-24 จะสลายให้รังสีบีตาซึ่งสามารถตรวจวัดได้ และสามารถบอกได้ว่ามีการตีบตันของเส้นเลือดหรือไม่

3. ด้านเกษตรกรรม มีการใช้ธาตุกัมมันตรังสีติดตามระยะเวลาการหมุนเวียนแร่ธาตุในพืช โดยเริ่มต้นจากการดูดซึมที่ราก จนกระทั่งถึงการคายออกที่ใบ หรือใช้ศึกษาความต้องการแร่ธาตุของพืช

4. ด้านอุตสาหกรรม ในอุตสาหกรรมการผลิตแผ่นโลหะ จะใช้ประโยชน์จากกัมมันตภาพรังสีในการควบคุมการรีดแผ่นโลหะ เพื่อให้ได้ความหนาสม่ำเสมอตลอดแผ่น โดยใช้รังสีบีตายิงผ่านแนวตั้งฉากกับแผ่นโลหะที่รีดแล้ว แล้ววัดปริมาณรังสีที่ทะลุผ่านแผ่นโลหะออกมาด้วยเครื่องวัดรังสี ถ้าความหนาของแผ่นโลหะที่รีดแล้วผิดไปจากความหนาที่ตั้งไว้ เครื่องวัดรังสีจะส่งสัญญาณไปควบคุมความหนา โดยสั่งให้มอเตอร์กด หรือผ่อนลูกกลิ้ง เพื่อให้ได้ความหนาตามต้องการ

อันตรายจากสารกัมมันตรังสี มีดังนี้

เนื่องจากรังสีสามารถทำให้ตัวกลางที่มันเคลื่อนที่ผ่าน เกิดการแตกตัวเป็นไอออนได้ รังสีจึงมีอันตรายต่อมนุษย์ ผลของรังสีต่อมนุษย์สามารถแยกได้เป็น 2 ประเภทคือ ผลทางพันธุกรรมและความป่วยไข้จากรังสี

ผลทางพันธุกรรมจากรังสี จะมีผลทำให้การสร้างเซลล์ใหม่ในร่างกายมนุษย์เกิดการกลายพันธุ์ โดยเฉพาะเซลล์สืบพันธุ์ ส่วนความป่วยไข้จากรังสี เกิดจากการที่อวัยวะส่วนใดส่วนหนึ่งของร่างกายได้รับรังสี โมเลกุลของธาตุต่างๆ ที่ประกอบเป็นเซลล์จะแตกตัว จนทำให้เกิดอาการป่วยไข้ได้