Un radioisótopo (radionucleido, radionúclido, nucleido radioactivo o isótopo radiactivo) es un átomo que tiene un exceso de energía nuclear, lo que lo hace inestable. Este exceso de energía puede ser utilizado de tres maneras: emitida desde el núcleo como radiación gamma; transferida a uno de sus electrones para liberarlo como un electrón de conversión interna; o utilizada para crear y emitir una nueva partícula (partícula alfa o partícula beta) desde el núcleo. Durante esos procesos, se dice que el radioisótopo sufre una desintegración radiactiva.^[1]​ Estas emisiones se consideran radiación ionizante porque son lo suficientemente potentes como para liberar un electrón de otro átomo. La desintegración radioactiva puede producir un isótopo estable o a veces produce un nuevo radioisótopo inestable que puede sufrir una mayor desintegración. La desintegración radiactiva es un proceso aleatorio a nivel de átomos individuales: es imposible predecir cuándo se desintegrará un átomo en particular.^[2]​^[3]​^[4]​^[5]​ Sin embargo, para una colección de átomos de un solo elemento, la tasa de desintegración, y por lo tanto la vida media. (t_1/2) para esa colección puede calcularse a partir de sus constantes de decaimiento medidas. El rango de vida media de los átomos radiactivos no tiene límites conocidos y abarca un rango de tiempo de más de 55 órdenes de magnitud.

Los radioisótopos se producen naturalmente o artificialmente en reactores nucleares, ciclotrones, aceleradores de partículas o generadores de radioisótopos. Hay alrededor de 730 radioisótopos con vidas medias de más de 60 minutos (ver lista de radioisótopos). Treinta y dos de ellos son radioisótopos primigenios que fueron creados antes de que se formara la tierra. Al menos otros 60 radioisótopos son detectables en la naturaleza, ya sea como hijos de radioisótopos primigenios o como radioisótopos producidos a través de la producción natural en la Tierra por la radiación cósmica. Más de 2400 radioisótopos tienen una vida media inferior a 60 minutos. La mayoría de ellos se producen solo artificialmente y tienen una vida media muy corta. Para la comparación, hay cerca de 252 isótopos estables. (En teoría, solo 146 de ellos son estables, y se cree que los otros 106 se desintegran (desintegración alfa o desintegración beta o doble desintegración beta o captura electrónica o captura de doble electrón)).

Todos los elementos químicos pueden existir como radioisótopos. Incluso el elemento más ligero, hidrógeno, tiene un conocido radioisótopo, tritio. Los elementos más pesados que el plomo, y los elementos tecnecio y prometio, existen solo como radioisótopos. (En teoría, los elementos más pesados que disprosio existen solo como radioisótopos, pero la vida media de algunos de estos elementos (por ejemplo, oro y platino) es demasiado larga para encontrarlos).

La exposición no planificada a los radioisótopos tiene generalmente un efecto nocivo sobre los organismos vivos, incluidos los seres humanos, aunque los bajos niveles de exposición se producen de forma natural y sin daños. El grado de daño dependerá de la naturaleza y extensión de la radiación producida, de la cantidad y naturaleza de la exposición (contacto cercano, inhalación o ingestión) y de las propiedades bioquímicas del elemento, siendo la consecuencia más habitual el aumento del riesgo de cáncer. Sin embargo, los radioisótopos con propiedades adecuadas se utilizan en medicina nuclear tanto para el diagnóstico como para el tratamiento. Un marcador de imágenes hecho con radioisótopos se llama marcador radioactivo. Un medicamento farmacéutico hecho con radioisótopos se llama radiofármaco.