Zastosowanie izotopów promieniotwórczych zależy od np. rodzaju pierwiastka, ich czasu połowicznego rozpadu oraz typu i energii emitowanego promieniowania.
Promieniotwórcze izotopy znajdują zastosowanie m.in. w badaniach naukowych (3H, 13C - badanie procesów metabolicznych, mechanizmów reakcji chemicznych, ilościowa i jakościowa analiza próbek), w przemyśle (defektoskopia – nieniszcząca technika zajmująca się wykrywaniem ukrytych wad produktów - głównie 60Co), medycynie (diagnostyka chorób nowotworowych –np. 11C, 18F; diagnostyka i leczenie chorób tarczycy – 131I, diagnostyka i leczenie chorób układu krążenia – 201Tl, 99Tc), a także w czujnikach dymu (238Pu), jako źródło energii jądrowej (235U, 239Pu) czy do przedłużania trwałości żywności.