通常分为示踪应用、辐射应用和衰变能的应用三大类。辐射应用，按其应用的方式和目的，还可分为放射性核素仪表（又称同位素仪表）、辐射加工、辐射育种、辐射刺激生长、辐射防治虫害、食品辐照保藏、辐射治疗（又称放射治疗）和医疗用品的辐射消毒等。（见彩图）
放射性核素的应用放射性核素的应用放射性核素的应用示踪应用 是在被研究的体系中引入适当形式的某种放射性核素，利用其特有的信号──放射性，追踪探测其运动和变化，揭示该体系物质运动变化规律的一类方法。这类方法既包括非同位素示踪应用，也包括严格意义上的同位素示踪原子的应用。后一种应用由于放射性核素能和其稳定同位素一样参与物理、化学和生物学的反应、变化或代谢，故易于获得其他方法难于或不可能获得的有关生产过程、反应机理、物质结构以至生物医学、生命科学等方面的信息。
辐射应用 是放射性核素发射的 α、β、γ、中子等粒子或射线与物质作用产生的电离、激发、活化等效应和物质对射线所起的散射、减弱、吸收、慢化等效应的应用。例如广泛应用的放射性核素仪表就是根据辐射与物质相互作用所产生的种种效应制成的。具有广阔发展前景的辐射加工、辐射育种、辐射消毒等新型工艺也是利用辐射（尤其是γ射线）能穿透物质和所引起的电离效应能使物质发生物理的、化学的以至生理学的变化而发展起来的。放射性核素（又称放射性同位素） X射线荧光分析则是利用放射性核素的辐射（γ射线）激发被测样品的组成元素、发出特征 X射线而发展起来的。该方法适应性很广，而且灵敏度较高。
能量应用 主要指放射性核素衰变能（或射线的能量）的应用。核电池（又称同位素电池）就是以放射性核素为主要原料制成的特殊能源（见放射性废物利用）。
放射性核素的应用具有很多优点，在工业、农业、医学、基础科学、环境保护及人民生活等领域的应用已相当广泛。
放射性核素仪表 料位计、厚度计、密度计已广泛用于工业生产过程管理和产品质量控制。由于这类仪表在应用中不需直接接触被测对象，除可在一般条件下使用外，还可用于其他仪表难于或不能使用的高温、高压、易爆、有毒和腐蚀性的对象的测量控制。中子水分计已成为测定和控制土壤水分、混凝土提坝以及公路路基施工中含水量的重要手段。泥沙量计已用于江河湖泊、海湾、港口泥沙含量变化的直接而准确的测量。硫黄或铅含量计已有效地用于石油含硫、含铅量的测定。可携式X射线荧光光谱分析仪已用于选矿中测定矿石品位的现场快速分析。煤炭含炭量计已用于若干洗煤厂中间产品质量的检控。γ照相和中子照相装置也已广泛用于金属材料和某些复合材料，以及由这些材料做成的容器、部件、管道和它们的焊口的无损检查(探伤、探缺陷、探腐蚀)。中子源和γ放射源已在石油、地质等部门用作中子测井、γ测井的手段。用镅 241作放射源制成的离子感烟式火灾报警器非常灵敏，易于探测由微粒组成的、眼睛看不见的烟雾，已在剧场、饭店、海轮、高层建筑、图书馆以至私人住宅中应用。用钋 210、钚 238等放射源制成的静电消除器也已相继用于胶片、造纸、印刷、纺织等工业中。随着科学技术的发展，放射性核素仪表常与电脑自控系统相结合使用，实现了生产过程自动化，降低了劳动强度，提高了生产效率，带来更加显著的经济效益。
辐射加工 通过放射性核素的辐射对有机物产生接枝、交联、聚合或者裂解等作用来生产性能好的新产品，是一种新的工艺体系，其特点是省人力、低能耗、少公害，工艺简便，易于控制而且产品纯度高。据1982年统计，世界上约有 110个钴源辐照装置用于辐射加工工业。电线和电缆绝缘层的辐射交联、橡胶胶乳的辐射硫化以及聚乙烯泡沫塑料的辐射交联等多种产品的生产，在不少国家里已经实现工业化。
辐射育种 是农业上利用钴60或铯137等辐照装置人为地诱发突变、培植性状比较理想的新品种的一种方法。辐射育种在国内外均已取得较大进展。中国辐射育成的水稻、小麦、大豆、高粱、玉米、花生、棉花等农作物突变品种约100多种,占世界上育成突变品种总数的三分之一，增加了产量，提高了品质。
食品辐照保藏 已进行了许多研究，对辐照保藏的马铃薯、洋葱等数种食品，不少国家已批准上市。（见食品辐照保藏）
辐射治疗 是治疗恶性肿瘤的重要手段之一。在临床上,钴60治疗机已取代了过去常规应用的X射线治疗机。钴60、铱192和锎252等腔内辐照后装设备的应用，不仅提高了疗效，而且还大大减少了对操作人员的辐射伤害；应用磷 32和锶90的β敷贴器治疗一些皮肤病和眼部疾患，也都获得较好的效果。此外，中国中药辐照灭菌的研究已经取得进展，中药辐照场正在筹建中；医疗用品的辐射消毒已完成了若干实验室研究工作，并进入扩大试验阶段；羊毛辐照灭菌也已用于工业生产。
衰变能的应用 主要是核电池的应用，如用作海上航标、海上无人管理的灯塔、南北极气象站、人造卫星、宇宙飞船等的电源和人工心脏的能源。用放射性核素或其标记物和硫化锌制备自发光材料，也是放射性核素的能量应用的一种形式,如钷147和氚的自发光材料可用于夜光钟盘、表盘指针和各种航海、航空仪表盘。
放射性核素示踪 中国石油工业广泛采用了放射性核素示踪微球等来测绘注水井吸水剖面,为评价地层,改造地层，调整注水量的分配，实现石油的增产和稳产作出了贡献。地下石油管放射性核素示踪检漏定位也开始采用。在水文水利领域中示踪技术已应用于河流、港口和海湾的底沙分布和运动的观测，河流流量的测量，以及水库大坝渗漏的检查。示踪法检查水库大坝渗漏较其他方法优越，不仅测出渗漏情况，而且还能准确地确定渗漏点，为采取安全而又经济的治理措施提供可靠依据。氯碱厂电解槽中汞量的测定是放射性示踪原子在化学工业中应用的实例之一,只要在每吨电解液中投放2毫居里的金属汞197，运用同位素稀释原理,先测得稀释后的比活度（见活度），便可准确算出电解槽中的汞量。此法比常规称重法不仅简单易行，无需停产，而且还使汞蒸气少逸入环境。在钢铁工业中的实验室和生产现场，示踪应用都在开展，并已收到了提高产品质量、降低成本、提高经济效益的明显效果。使用示踪法测定轮胎、刀具和机械零件的磨损，也收到一定效果，不仅灵敏、准确，而且可以连续测量，不需要拆卸机器。放射性核素示踪在机械工业中的应用主要有氪(Kr) 化技术和机械磨损研究。氪化技术的应用,可以测量其他方法不能测到的运动部件的最高工作温度和温度分布。此外，灵敏度很高的氪85检漏也已在机械工业产品、机械零部件和金属真空系统的检漏与电子工业半导体器件的检漏中得到应用。
在农业上放射性核素示踪已是农作物营养、光合作用、土壤肥料、植物生理、农药残毒、畜牧兽医等重大课题研究不可缺少的一种有效工具。
放射性核素示踪在医学上的应用，主要是在临床诊断与医学研究方面。在临床诊断上的应用有脏器显像、功能检查和放射免疫分析等方面。使用放射性核素示踪可对脑、甲状腺、心肌、血池、肝、胆、肾上腺、淋巴腺、肺、胰腺、骨骼及某些肿瘤等进行显像和动态观察。随着计算机的配合使用，尤其是放射性核素计算机断层仪和核磁共振谱仪的使用，放射性核素在医学方面的应用更加扩大，应用的效果将会更好。放射免疫分析是一种特异性很强、灵敏度很高的微量分析，可在人体体外测定体内极微量的生物活性物质，像激素、多肽、酶、肿瘤相关抗原等的含量，其灵敏度可达10克。这项超微量分析技术已广泛用于生物化学、现代分子生物学、生理学等的研究和内分泌、心血管等疾病以及恶性肿瘤的早期临床诊断（见放射免疫分析法）。
放射性核素示踪在基础科学研究中已经成为探求新陈代谢、反应机理、细胞分裂、遗传工程和生命起源等奥秘的灵敏而有效的方法。
天然花岗石的放射性源:“龙泉红”和“岑溪红”石材的矿物放射性核素研究
放射性核素的应用应用