Trong lĩnh vực y học

- Ứng dụng kĩ thuật y học hạt nhân trong chuẩn đoán và điều trị bệnh: Kĩ thuật chụp hình phát hiện ung thư bằng máy SPECT (Single Emission Computed Tomography – Kĩ thuật chụp cắt lớp đơn photon), PET (Positron Emisssion Tomography - Kĩ thuật chụp cắt lớp phát xạ positron) kết hợp với CT như SPECT/CT, PET/CT, giúp chuẩn đoán ung thư, kiểm tra và đánh giá mức độ hiệu quả của các phương pháp điều trị.

- Sử dụng dược chất phóng xạ vào cơ thể người bệnh: Dùng đồng vị I131 dưới dạng sodium iodide trong điều trị bệnh nhân ung thư tuyến giáp, I131 sẽ truy tìm và lưu lại ở những nơi còn tế bào ung thư hoặc các tổ chức di căn, phát ra bức xạ β tiêu diệt tế bào ung thư tuyến giáp: I53131 → X54131e + β

- Xạ trị: ứng dụng điều trị ung thư. Sử dụng các hạt và sóng có năng lượng cao như: tia X, tia gamma, chùm tia điện tử, proton, ... để tiêu diệt hoặc phá hủy tế bào ung thư.

Trong công nghiệp, nông nghiệp, nghiên cứu khoa học

- Đồng vị phóng xạ được dùng trong chụp X-quang công nghiệp, tìm kiếm các khuyết tật trong vật liệu, đo mực chất lỏng trong bồn chứa, đo độ dày của các vật liệu, kiểm tra tính toàn vẹn của mối hàn hay cấu trúc turbine của máy bay phản lực,…

- Sử dụng đồng vị phóng xạ trong theo dõi quá trình hấp thụ các nguyên tố trong phân bón hoặc làm thay đổi cấu trúc gên để tạo giống mới, năng suất và kinh tế hơn.

- Sử dụng đồng vị phóng xạ tron lĩnh vực xử lí nước thải, thăm dò vật chất ô nhiễm từ dược phẩm phóng xạ.

Ví dụ:

+ Đồng vị tritium để đánh dấu, nghiên cứu nước thải và chất thải lỏng.

+ Đồng vị M54n để đánh giá kim loại nặng trong nước thải,…

Trong việc xác định niên đại cổ vật

C14 là đồng vị phóng xạ được dùng trong xác định niên đại cổ vật. Đồng vị C14 được hình thành trong tự nhiên theo phản ứng sau: n01 + N714 → C614 + p11

Đồng vị C14 trong tự nhiên phát phóng xạ β tạo ra N14

C614→N714+e−10

Sau thời gian dài, quá trình tạo thành và phân rã C14 cân bằng nhau, tỉ lệ C14 trong tự nhiên là xác định. C14 có mặt khắp nơi trong môi trường, chủ yếu ở dạng C14O2, thực vật quang hợp, hấp thụ CO₂, chuyển hóa thành chất hữu cơ, làm thức ăn cho động vật, nên trong cơ thể động, thực vật luôn có đồng vị C14. Khi sinh vật chết, chúng ngừng hấp thụ C14 và bắt đầu quá trình phân rã phóng xạ C14. Các nhà khoa học đã tính toán được khoảng thời gian để một nửa lượng C14 bị phân hủy, gọi là chu kì bán hủy. Chu kì bán hủy của C14 là 5730 năm. Bằng cách đo tỉ lệ C14 với tổng lượng carbon trong mẫu, so sánh với chu kì bán hủy C14 để xác định niên đại cổ vật.

Sử dụng năng lượng của phản ứng hạt nhân

Năng lượng hạt nhân chủ yếu được sử dụng từ phản ứng phân hạch U235, năng lượng điện sử dụng trên thế giới từ phản ứng hạt nhân chiếm từ 10% - 15%. Ưu điểm lớn nhất của nguồn năng lượng này là không tạo ra khí thải nhà kính. Bên cạnh đó, cũng gây ra những hiểm họa về rò rỉ phóng xạ, tai nạn cháy nổ, một số quốc gia sử dụng trong mục đích chiến tranh,…

Trong tương lai gần, con người có thể tạo ra và sử dụng nguồn năng lượng từ phản ứng nhiệt hạch.

Trong tự nhiên, có nhiều đồng vị không bền như 3H(tritium),