具有相同质子数，但中子数不同的核素被称为同位素，例如氧-16和氧-17，它们都是氧元素，但是因为中子数不同，互为同位素。放射性同位素，顾名思义，是指具有放射性的同位素。
 
放射性核素构成的原子、分子及其化合物，与其对应的稳定性同位素构成的物质的原子、分子及其化合物具有相同的化学、生物学性质。例如，含有放射性核素的食物，与相应的非放射性的食物在生物体内所发生的化学变化及生物学过程完全相同。可以利用放射性核素的原子作为一种标记，制成含有这种标记核素的食物。由于放射性核素能不断地发射具有一定特征的射线，通过放射性探测方法，可以随时追踪含有放射性核素的标记物在体内或体外的位置及其数量的变化情况。这就是放射性同位素被称为“侦察兵”的由来。
 
放射性同位素作为示踪剂有灵敏度高、测量方法简便易行、能准确地定量、准确地定位及符合所研究对象的生理条件等特点，所以在生命科学、工业、医学、农业及畜牧业上都有重要的应用价值。