Среди природных радиоизотопов многие принадлежат к так называемым первичным, которые, как считают, в силу своего и исключительно длительного периода полураспада находились еще в первозданных породах Земли. Некоторые из этих радиоизотопов распадаются до дочерних продуктов, также радиоактивных. Среди первичных радиоизотопов наиболее распространены К40, Rb87, Th232, U235 и U238. Из продуктов распада важнейшими для гидрогеологических исследований являются Rn222 и Ra226, образующиеся из U238. Очень небольшое количество радиоактивных веществ также образуется в результате природного деления ядер и активации вещества нейтронами в результате деления.
Вторая важная группа природных радиоизотопов возникла благодаря воздействию космических лучей на стабильные изотопы N14, О16 и Аr40, их источником также могут быть различные изотопы метеоритной пыли, земной воды и почвы. У многих из этих радиоактивных продуктов периоды полураспада менее 1 млн. лет и поэтому их распространение ограничено главным образом водой, воздухом, живой материей и отложениями, молодыми в геологическом отношении. Из продуктов, образованных под воздействием космических лучей, наиболее изучены Н3 и С14.
