根据国际原子能机构（IAEA）发布的《国际原子能机构安全术语——核安全和辐射防护系列》，核污染是指在物体表面或者固体、液体和气体内（包括人体内）存在不期望存在的放射性物质，或导致该结果产生的过程。狭义上的核污染主要指具有放射性的核物质对于环境的直接破坏，包括核物质泄露导致的放射性污染、放射性沉降物造成的污染等。由于核污染通常伴随着漫长的清理过程，因此广义上的核污染还包含核物质泄露所引发的次生污染，例如核废物存储或处置问题导致的地下水污染等。

核污染对自然界的破坏主要来自环境中存在的过量放射性核素衰变产生的电离辐射。电离辐射是指能够通过初级或次级过程引起电离事件的带电粒子或（和）不带电粒子。在电离辐射防护领域，电离辐射也简称为辐射。在不引起混淆的情况下，本词条会使用辐射一词指代电离辐射。

当辐射作用于生物体时，由于能量沉积，可能会使受到照射（暴露于辐射下）的器官产生损伤。损伤的强度取决于多种因素，包括辐射的种类及器官和组织对辐射照射的敏感性等。对于放射性核素而言，单位时间衰变掉的放射性原子核的数目称为放射性活度，SI（国际单位制）单位为贝克勒尔（Bq），1 Bq等于每秒衰变一次。放射性核素衰变的快慢也可以用半衰期来表示，它意味着放射性原子核数目衰减一半所需要的时间，因此放射性核素的对环境的潜在危害程度与其半衰期有关。

事实上，在自然界中存在许多天然的辐射源，如宇宙射线以及岩石中含有的放射性核素。根据联合国关于原子辐射的报告，世界人均天然本底辐射剂量通常为每年2.4毫西弗（mSv）。随着人工辐射源的应用，可能发生的放射性物质泄漏会导致环境中出现远高于天然本底的辐射剂量。可能的来源包括核武器测试时产生的放射性沉降物、核电站事故引发的放射性物质泄露、不恰当的核废物存储与处理、放射性材料丢失等。在国家标准GB18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》中，主要根据放射性核素进入人体后可能引起的损伤效应严重程度，将放射性核素分为极毒组、高毒组和低毒组等类别。极毒组中包含148Gd、239Pu等，高毒组则包括10Be、32Si以及气态或蒸汽态放射性核素126I、194Hg等。

核污染可能导致多种危害，包括急性死亡、急性重度放射病、局部器官残疾、水环境污染及土壤污染等。这些危害显示了核污染对人类和环境的严重威胁。因此，预防和减轻核污染是极其重要的，需要综合的安全措施和国际协作来保护人类和地球的生态系统。

核电厂运行过程中会产生气态、液态及固态放射性废物，在造成核污染方面具有极大的风险，因此为避免放射性产物扩散到环境中，必须在核燃料和环境间设置多道屏障。在设计上压水堆堆型普遍具有氢复合装置，可将氢气复合成水，防止发生类似福岛核电站事故中的氢气爆炸，抗灾能力优于沸水堆。又如AP1000采用非能动设计，在事故发生并失去电源72小时内，无需操纵员动作即可保持堆芯的冷却和安全壳的完整性，减少核泄漏的发生。总的来说，反应堆安全屏障主要包括反应堆紧急停堆系统、稳压器安全阀、安全壳自动隔离、用于降低安全壳内压和减少放射性碘的安全壳喷淋系统、防止可能出现的氢爆的氢气复合装置、以及防止安全壳超压的砂堆过滤器等。这些安全措施有助于降低核事故风险。

在发生核污染后，需要对土壤和水体进行修复。对于表层受污染的土壤，可以采用物理方法，如集中挖掘后进行掩埋，或者进行土壤清洗等。在大面积低剂量放射性污染情况下，可以采用植物修复方法，利用对某种放射性核素具有超量积累能力和忍耐的专性植物对放射性核素进行积累，再通过割取地上部分方法来进一步收集处理；或使用植物根际将放射性核素固定在某确定区域，防止放射性核素的扩散。此外还可以利用化学反应将放射性物质进行处理与转化，以对已发生的核污染进行处理。

为对放射性废物进行安全经济地处理，在《放射性废物分类》中按照放射性元素半衰期将放射性废物分为低水平、中水平、高水平放射性废物，其中低水平放射性废物包含极短寿命放射性废物和极低水平放射性废物。这种分类有助于选择适当的处理和处置方法，以确保这些废物的长期安全管理。

核泄露带来的大气污染具有无国界的特点。例如，2011年福岛核泄漏发生后，其产生的核污染在几乎绕地球一周后，历时两周侵入贵阳市。因此核污染需要多部门和多国家的协同处理，是一个国际性的问题。特别是在涉及放射性废物的海洋处置问题上，在20世纪70年代前，很多人将海洋视作处置工业废物的垃圾场，导致严重的环境问题。1972年联合国人类环境大会后制定了《防止倾倒废物及其他物质污染海洋的公约》（即《1972年伦敦公约》），高放射性废物（HLW）被列入“黑色”名单，列入该名单的物质除数量极少者均被禁止倾倒。在1993年11月举办的缔约方协商会议则进一步决定禁止倾倒所有类型的放射性废物，这是国际社会为保护海洋环境采取的重要措施，减轻核污染对环境的潜在危害。

电离辐射具有较高的能量，当能量沉淀于细胞中会引起电离，对于细胞的主要组成部分水，电离会导致：

在物理化学层面，电离产生的离子会与水分子相互作用，产生等产物，后两种很活泼的产物称为自由基，它们具有未配对的电子和很高的化学活性，如两个反应可以产生具有强氧化性的过氧化氢。这些化学产物与细胞内的分子结构相互作用，可能会导致细胞的早期死亡以及以DSBs（双链断裂）等方式产生的DNA直接损伤，如果DSBs无法正确修复，会导致细胞死亡、细胞突变及遗传疾病等问题。

核辐射可以通过外照射或内照射对人体产生影响，无论是来自外部还是内部的辐射都可能导致辐射生物效应。高剂量粒子辐射通常引发急性辐射效应，包括放射性肺炎和放射性灼烧等。除急性辐射效应，还存在长期的慢性辐射效应，包括遗传风险、慢性炎症等等。这些症状的严重程度通常取决于多个因素，包括辐射量等。土壤是连接有机界和无机界的重要枢纽，长寿命放射性核素对土壤的污染具有长期性和积累性，土壤一旦受到污染就难以清除，这些放射性核素往往通过作物吸收，逐步流入食物链顶端，引发人类中毒和健康危害。比如碘-131可以从受污染的饲料迅速转移至牛奶中，并在人体甲状腺积聚，增加患甲状腺癌的风险。

核电站事故是造成核污染的主要来源之一。1990年国际原子能机构（IAEA）制定的国际核事故分级表将核事故分为若干等级，其中7级是最高级，代表重大事故，1986年前苏联切尔诺贝利核电厂事故和2011年日本福岛核电站事故为7级。还有6级（严重事故）如前苏联克什特姆后处理厂事故、5级（具有厂外风险的事故）如美国三里岛核电站事故、4级（没有明显厂外风险的事故）如1973年英国Windscale后处理厂事故、3级（严重事件）如西班牙Vandellòs核电厂事件、2级（事件）以及1级（异常）。

1979年3月28日,在美国宾夕法尼亚州萨斯奎哈纳河三里岛核电站发生严重放射性物质泄漏事故。三里岛核电站有两个压水反应堆，其中二号机组（TMI-2）是电功率为959 MW的压水反应堆。该机组在事故发生时几乎全新，本次事故是由于冷却故障导致堆芯熔化，TMI-2反应堆损毁。

在这次事故中，由于反应堆安全壳的包容作用，对环境影响相对较小。运行人员受到略高的辐射，其中应急工作人员受到最大为40 mSv的辐照，距离核电站80 km半径内的200万人群平均个体剂量为0.015 mSv，最大可能的厂外剂量为0.83 mSv。 根据1981年一项研究，研究者认为本次事故不会对周围居民后代遗传病发病率有太大影响。另外也有研究人员就三里岛核泄漏事件发生后进行几十年的追踪，结果表明对于人体患病几率并没有特别大的增强。虽然事故对人体患病几率的增加似乎有限，但是核泄漏事件引发了担忧和不信任感，这些心理和社会影响也需要得到认真对待。

1986年，前苏联普里皮亚特附近的切尔诺贝利核电站发生严重核事故。该核电站由六台1000 MW的RBMK机型机组组成，该机组采用的是大型石墨沸水反应堆。事故的发生主要是由于反应堆与停堆系统设计同时存在严重缺陷（无安全壳、落棒慢等），并且操作人员为了测试涡轮是否能在电力减少阶段仍充足地供应能量给水泵，测试前违反操作规程闭锁了许多反应堆的安全保护系统。

事故释放的源项超过100 MCi（ Bq），向环境释放了几乎100%的惰性气体，约50%的碘-131，约30%的Cs-137。事故发生后三小时内，从普里皮亚特镇和切尔诺贝利撤离了45000人，从4月27日至8月中旬，约有116000人从切尔诺贝利核电厂附近撤离，其中不到10%的人受到50 mSv以上辐照剂量，不到5%的人受到超过100 mSv的辐照剂量。事故发生后一年内（1986-1987），核电厂参与清理工作的200000名工人接受的平均剂量约为100 mSv，最初有134人被诊断为急性辐射综合症（ARS），其中28人由于辐射损伤在三个月内死亡。事故周围对放射性敏感的当地生态系统受到致死辐射剂量，当地生产的食品也受到污染，人们因摄入受污染食品受到内照射。短期内，主要受到放射性碘的影响，1987年之后主要来自于长寿命的锶-134和锶-137的影响。潜在的长期辐射引发恶性肿瘤，在切尔诺贝利事故，儿童甲状腺恶性肿瘤发病率增加。受到切尔诺贝利事故影响的人群，存在明显的心理健康失调和心理症状，影响因素包括由于疏散以及和社会联系中断等因素引起的压力。事故发生后，针对损毁的反应堆，在其四周建造了石棺以包容以衰变和未衰变的核燃料。2016年，乌克兰开始建造新安全包容体以覆盖切尔诺贝利核电厂4号机组及应急建造的反应堆石棺。

1987年9月13日，巴西戈亚斯州戈亚尼亚市的戈亚诺放射治疗研究所（IGR）在搬离旧址时遗弃了一台废弃机器的放射性源。该放射性源含有93克高放射性氯化铯。由于IGR没有对其进行妥善处置导致该源被盗窃。该事件被国际核事件分级表列为5级。在该事件中，放射源盒被打破，源的组合件被当作废金属被出售至废金属收购商，这些源碎片随后在城市各地传播，导致4人死亡，28人辐射烧伤，共产生了约3500立方米放射性废物。最终该事故涉及的强放射性源的残留部分与防止源的椅子一同被使用混凝土封存，该事件表明放射性源妥善管理和处置的重要性。

2011年3月11日，在日本福岛县由于9级地震和海啸影响，福岛第一核电站发生重大核事故。福岛核电厂共有两个核电站，总共10台机组，均为沸水堆。地震破坏了福岛第一核电站厂内供电，同时地震引发的海啸也摧毁了备用柴油发电机，导致核电厂全厂停电（Station Blackout）。这使得反应堆冷却系统失效，堆芯逐步开始裸漏和融化，锆合金包壳与蒸汽反应产生大量氢气，氢气聚集在厂房顶部引起爆炸。第二核电站虽也受到地震及海啸影响但没有发生堆芯熔毁与辐射外泄的重大事故，被定性为第3级严重事件。对于第一核电站，日本原子能安保院3月13日定为4级，3月18日调为5级，一系列爆炸发生后，法国核安全主席将此事故级别认定为6级，4月12日，日本原子能安全保安院以总外释辐射量作为主要参数，将事故进一步升级为最高级7级核事故。4月19日，东京电力公司将2号机地下室与隧道内高辐射污水，转移至放射性废料处理厂房。

12日在距离现场西北5.6公里的双叶町上羽鳥（Kamihatori），观察到周围剂量当量率增至1590，随后放射性核素沉降在地面下降至37；15:36分1号机组氢气爆炸后双叶町新山（Shinzan）周围剂量当量率于17:00上升到904，放射性核素沉降于地面后为200。由于事态不断升级以及部门间存在的沟通问题，疏散以及隐蔽的命令在24小时内多次修改，最终形成了半径20 km的疏散区域，涉及到78000名人员。第一核电厂半径3 km内的居民也被疏散。事故发生后，为了对泄露废物及损毁反应堆进行处理，东京电力公司和其他组织雇佣了大量工人。在此期间，大约有17500片药片被开具给2000名工人用于减少辐射暴露。日本政府对食品中所含放射性物质制定了“临时监管值”，禁止超过标准值的食品销售与消费，对鱼类产品，放射性碘的临时监管值为200 Bq/kg，放射性铯的临时监管值为500 Bq/KG, 之后将标准更改为100 Bq/kg, 在事故发生当年的样本超过了100 Bq/kg，2015年为0.05%。

福岛事故的重要后果是产生了大量（截至2020年5月底大约2.68亿吨）放射性废物。2016年6月日本核能主管部门经济产业省设立工作小组，经过对海洋排放、地下掩埋、地层注入、氢气释放等方法评估后认为将经过ALPS处理后的核废水稀释排海是成本最低的方法，可以看出排放的核废水对于环境的影响很大程度上取决于ALPS的可靠性。2021年12月，东京电力公司向日本原子能规制委员会提出福岛第一核电站核污染水排海计划申请。2022年5月18日日本原子能规制委员会通过东京电力公司去年底提交的福岛第一核电站核污染水排海计划草案。2023年8月24日，日本福岛第一核电站开始将“ALPS处理水”排海，由于核废水排海对环境和人类健康可能的潜在影响，这一行为引发国际争议。当地时间2024年5月7日中午，2024财年第一次、总计第5次的核污染水排海结束，17天来共向大海排放了约7800吨核污染水。