Η ιονίζουσα ακτινοβολία είναι μια μορφή ενέργειας που εκπέμπεται από χημικά στοιχεία ή ενώσεις που έχουν ασταθές ηλεκτρικό φορτίο, το οποίο μπορεί να είναι είτε θετικό είτε αρνητικό. Τα ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια που εκπέμπονται είναι γνωστά είτε ως σωματίδια άλφα, είτε ως σωματίδια βήτα είτε ως ακτίνες γάμμα και κάθε τύπος ακτινοβολίας έχει διάφορα χαρακτηριστικά αποτελέσματα. Ορισμένα βαριά στοιχεία στη φύση προκαλούν φυσικά αυτά τα αποτελέσματα, όπως το ουράνιο, το θόριο και το ράδιο, και η παρουσία ή η εγγύτητα αυτών των υλικών σε σχέση με το ανθρώπινο σώμα μπορεί να είναι επιζήμια για την ανθρώπινη υγεία. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η ιονίζουσα ακτινοβολία υπάρχει κατά μήκος ενός φάσματος για την ακτινοβολία γενικά όπου είναι υπεύθυνη για πολύ υψηλότερα επίπεδα εκπομπής ενέργειας από τη μη ιονίζουσα ακτινοβολία, όπως αυτή που παράγεται από εκπομπές ραδιοκυμάτων.
Μορφές μη ιονίζουσας ακτινοβολίας που θεωρούνται σχετικά ασφαλείς με ελεγχόμενη έκθεση περιλαμβάνουν κύματα ορατού φωτός, ενέργεια μικροκυμάτων και υπέρυθρο φως, όπως η τοστιέρα που χρησιμοποιεί για τη θέρμανση του ψωμιού. Αυτές οι μορφές ακτινοβολίας έχουν εξαιρετικά μεγάλα μήκη κύματος σε σύγκριση με την ιονίζουσα ακτινοβολία και είτε χάνουν ισχύ γρήγορα με την απόσταση είτε μπορούν εύκολα να ανακλαστούν από μια επιφάνεια. Ο κίνδυνος της έκθεσης σε ιονίζουσα ακτινοβολία οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στα κύματα υψηλής συχνότητας που μεταφέρονται, τα οποία μπορούν να διεισδύσουν στα περισσότερα υλικά σε κάποιο βαθμό και να αλλοιώσουν τη χημική τους δομή διασπώντας κανονικούς χημικούς δεσμούς.
Οι τύποι ιονίζουσας ακτινοβολίας που εμφανίζονται συνήθως έχουν διαφορετικά επίπεδα απελευθέρωσης ενέργειας. Μια τυπική διαδικασία ιονισμού για ένα άτομο ή ένα μόριο απελευθερώνει 33 ηλεκτρον βολτ ενέργειας στη γύρω περιοχή, η οποία είναι επαρκής για να σπάσει τους περισσότερους τύπους χημικών δεσμών. Αυτό το επίπεδο απελευθέρωσης ενέργειας θεωρείται ιδιαίτερα σημαντικό επειδή είναι ικανό να σπάσει τους δεσμούς μεταξύ των ατόμων άνθρακα στους οποίους βασίζονται όλες οι μορφές ζωής στη Γη.
Η εκπομπή σωματιδίων άλφα, όπου εμπλέκονται δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια, παράγεται από τέτοια ραδιενεργά στοιχεία όπως το ραδόνιο, το πλουτώνιο και το ουράνιο. Είναι τα μεγαλύτερης μάζας σωματίδια ιονίζουσας ακτινοβολίας και αυτό σημαίνει ότι δεν μπορούν να ταξιδέψουν μακριά πριν σταματηθούν από ένα φράγμα. Δεν έχουν την ενέργεια να διεισδύσουν στα εξωτερικά στρώματα του ανθρώπινου δέρματος, αλλά, εάν καταποθούν μέσω του αέρα ή του νερού, έχουν τη δυνατότητα να προκαλέσουν καρκίνο.
Η ακτινοβολία σωματιδίων βήτα παράγεται από ελεύθερα σωματίδια σε έναν ατομικό πυρήνα που μοιάζει με ηλεκτρόνια. Αυτά τα σωματίδια έχουν πολύ μικρότερη μάζα από τα σωματίδια άλφα, και επομένως μπορούν να ταξιδέψουν μακρύτερα. Επίσης παράγονται από σπάνια στοιχεία όπως ισότοπα στροντίου, καισίου και ιωδίου. Οι επιπτώσεις της ιοντίζουσας ακτινοβολίας από σωματίδια βήτα μπορεί να είναι σοβαρές σε μεγάλες δόσεις, οδηγώντας σε θάνατο και αποτελούν ένα από τα κύρια συστατικά των ραδιενεργών εκρήξεων από εκρήξεις πυρηνικών όπλων. Σε μικρές ποσότητες, είναι χρήσιμα για τη θεραπεία του καρκίνου και την ιατρική απεικόνιση. Αυτά τα σωματίδια είναι επίσης χρήσιμα στην αρχαιολογική έρευνα, καθώς ασταθή στοιχεία άνθρακα όπως ο άνθρακας-14 μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη χρονολόγηση απολιθωμάτων.
Η ιονίζουσα ακτινοβολία ακτίνων γάμμα παράγεται από φωτόνια γάμμα που συχνά εκπέμπονται από ασταθείς ατομικούς πυρήνες μαζί με σωματίδια βήτα. Αν και είναι ένας τύπος φωτονίου που μεταφέρει φωτεινή ενέργεια όπως το κανονικό ορατό φως, ένα φωτόνιο γάμμα έχει 10,000 φορές περισσότερη ενέργεια από ένα τυπικό φωτόνιο λευκού φωτός. Αυτές οι εκπομπές δεν έχουν μάζα όπως τα σωματίδια άλφα και μπορούν να διανύσουν τεράστιες αποστάσεις πριν χάσουν το ενεργειακό τους φορτίο. Ενώ συχνά ταξινομούνται με ακτίνες Χ, οι ακτίνες γάμμα εκπέμπονται από τον ατομικό πυρήνα, ενώ οι ακτίνες Χ εκπέμπονται από κελύφη ηλεκτρονίων γύρω από ένα άτομο.
Οι κανονισμοί για την ιονίζουσα ακτινοβολία περιορίζουν αυστηρά τα επίπεδα έκθεσης στις ακτίνες γάμμα, αν και εμφανίζονται φυσικά σε χαμηλά επίπεδα και παράγονται από το ισότοπο του καλίου-40 που βρίσκεται στο έδαφος, το νερό και τα τρόφιμα με υψηλή περιεκτικότητα στο στοιχείο κάλιο. Οι βιομηχανικές χρήσεις της ακτινοβολίας γάμμα περιλαμβάνουν την πρακτική της ακτινογραφίας για τη χαρτογράφηση ρωγμών και κενών σε συγκολλημένα μέρη και μεταλλικά σύνθετα υλικά, όπως σε τουρμπίνες αεριωθούμενων κινητήρων υψηλής ταχύτητας για αεροσκάφη. Η ακτινοβολία από τις ακτίνες γάμμα θεωρείται μακράν η πιο επικίνδυνη μορφή ακτινοβολίας για τα ζωντανά πράγματα σε μεγάλες δόσεις, και έχει υποτεθεί ότι, εάν ένα αστέρι ακτίνων γάμμα 8,000 έτη φωτός από τη Γη εκραγεί, θα μπορούσε να καταστρέψει το μισό Το στρώμα του όζοντος της Γης, καθιστώντας την έκθεση στην ιονίζουσα ακτινοβολία από τον δικό μας Ήλιο πολύ πιο επιζήμια για την ανθρώπινη υγεία.