因為很少量的放射性物質就可以很容易被檢測出，所以放射性同位素廣泛地作為示蹤原子應用于跟蹤化學反應?？栁?Calvin，C.M)等用含有放射性同位素的二氧化碳來研究光合作用中碳的動態。這稱為示蹤方法。有些元素不能得到放射性同位素，也可用穩定同位素作為示蹤，這樣就要用質譜儀來分析其產物。例如(穩定同位素)作為示蹤原子，可以證明當酯生成時，酸的碳-氧鍵斷裂：

? 天然存在的放射性同位素具有一定的半衰期，可以作為統一時間的校準“鐘”，用來確定地球歷史的經歷。半衰期最長的同位素，特別是天然放射系的母體，可以提供關于地球的年齡和巖石和隕星的年齡的信息。例如可以從與的比值來計算巖石的年齡。

?這種方法可用來計算地球形成的年齡和最老隕石的年齡，其結果基本是一樣的，為4.5～4.6×109年。最老的地球巖石年齡大約是3×109年。利用阿波羅衛星取回的月巖的年齡稍大一點，為3.1-4.1×109年。月球土壤的年齡為4.6×109年。

放射性另一有趣的應用是通過測定的含量，確定含碳物質的年齡。天然存在的碳大約是98.89％的和 1.11％的這決定于其來源。碳還含有很少量的

同位素，具有放射性：

?顯然 是大氣上層從宇宙射線來的中子與氮的反應的產物：

?在大氣中碳氧化為二氧化碳后(含有放射性和非放射性的碳)，被植物吸收，動物以植物為食物，這樣進入到動物的組織中。通過的吸收和放射性的自然平衡，活的有機體內的與的恒態比達到與大氣中的比相等，也就是相應于每克碳每分鐘進行15.3次衰變。當動物或植物死亡，碳的吸收停止，放射性碳的含量由于衰變開始逐漸減少；在5720年以后，放射性碳減少到原來的一半，這樣通過測定木材、紙、纖維、化石等樣品中碳的衰變速度，就可能確定有機體死亡的時間。這種方法稱為放射性碳確定時代方法(radiocarbon dating method)。
????中子活化分析應用在現代檢測空氣的污染方面。當分析樣品中某一元素時，將樣品用中子源照射，被分析的元素的原子核俘獲中子，直到形成不穩定的核而放射γ射線。因為γ射線的波長是元素的特性，故能在樣品中區別其它元素。這種分析方法的優點是非破壞性的，經過照射的樣品，幾乎不損耗。中子活化是靈敏的分析技術之一。例如可以檢測出10-12g砷，這比通常用的馬許實驗靈敏10000倍。
????放射性物質和粒子加速器的高能輻射對生物有重要的影響。大劑量的輻射能導致嚴重疾病，甚至死亡。低水平的輻射也能產生遺傳方面的危害。在控制條件下，高能輻射也會得到有益的結果，并廣泛應用于醫學。如X射線應用于肺結核病、骨折和牙科疾病的診斷是大家數悉的?，F在用放射性同位素于腦瘤的造影。放射性同位素最早應用之一是用在治療癌癥，用以破壞有害的細胞。近年用改善了癌癥的治療。各種生理過程如血液流動、氧的利用和甲狀腺的活性都可以利用放射性同位素進行研究。