Manche Atome sind nicht stabil, sondern zerfallen spontan, d. h. unabhängig von mechanischer, thermischer oder anderer Beeinflussung, in andere Atome. Dies geschieht unter Abgabe von Energie in Form von Strahlung. Die Eigenschaft dieser instabilen Atomkerne, in andere Kerne zu zerfallen und die dabei freiwerdende Energie als ionisierende Strahlung abzugeben, bezeichnet man als Radioaktivität. Um zu bestimmen wie viele Kerne eines radioaktiven Stoffes in einer Sekunde zerfallen, hat man die Messgröße Aktivität eingeführt, die in der Einheit Becquerel (Bq) gemessen wird:

1 Bq = 1 radioaktiver Zerfall / Sekunde

Ein Messwert von 1000 Bq bedeuten demnach, dass in einer Sekunde 1000 radioaktive Zerfälle registriert werden.

Doch mit der Messung der Aktivität kann man noch wenig über die Energie aussagen, die durch die Radioaktivität abgegeben wird. Dies wird stattdessen mit der sogenannten Dosis geleistet. Die Dosis drückt aus, wie viel Energie die bei radioaktiven Zerfällen ausgesendete Strahlung in einem Kilogramm Materie abgibt. Die Dosis ist somit das Maß für die einem Körper zugeführte Strahlungsmenge. Man unterscheidet zwischen Energiedosis, Äquivalentdosis und Effektiver Dosis.

Als Energiedosis bezeichnet man die von einem bestrahlten Körper (z. B. Luft, Wasser oder Gewebe) absorbierte Energie pro Masseneinheit. Die Energiedosis ist von der Art der absorbierenden Substanz unabhängig. Ihre Einheit ist das Gray (Gy), was einer Energiedichte von einem Joule pro Kilogramm entspricht (1 Gy = 1 J/kg).

Im Hinblick auf die biologische Wirkung ist es wichtig zu wissen, dass diese für die einzelnen Strahlungsarten (Alpha-, Beta-, Gammastrahlen, Neutronen) unterschiedlich hoch ist. Da die verschiedenen Strahlungsarten in unterschiedlicher Weise mit Materie wechselwirken (ihre Energie an die Materie abgeben), können sie bei gleicher Energiedosis unterschiedliche biologische Wirksamkeit besitzen. D. h. bei der Bestrahlung von menschlichem Gewebe treten bei gleicher Energiedosis in Abhängigkeit von der Strahlungsart und -energie unterschiedliche biologische Schädigungen auf. Aus diesem Grund verwendet man einen Bewertungsfaktor, der die biologische Wirksamkeit der verschiedenen Strahlungsarten berücksichtigt. Das Produkt aus der Energiedosis und einem von der Art und der Energie der Strahlung abhängigen Strahlungswichtungsfaktor wird als Äquivalentdosis bezeichnet.

Die biologische Wirkung ionisierender Strahlung hängt nicht nur von der Strahlungsart sondern auch von der Größe des bestrahlten Organs und der Art des Gewebes ab. Die verschiedenen Organe und Gewebe reagieren unterschiedlich empfindlich auf Bestrahlung. Um die relative Gefährdung unterschiedlicher Organe bzw. Gewebe hinsichtlich ionisierender Strahlung zu berücksichtigen, wurden dimensionslose Organ- und Gewebewichtungsfaktoren eingeführt. Diese Wichtungsfaktoren beschreiben den Anteil eines speziellen Organs oder Gewebes am Gesamtrisiko für eine Schädigung, das sich bei Bestrahlung für diese Person ergibt. Das Produkt aus Äquivalentdosis und Organwichtungsfaktor bezeichnet man als Organdosis. Sie beschreibt die Einzeldosis für ein bestimmtes Organ. Summiert man über die einzelnen Organ- und Gewebedosen so erhält man die Effektive Dosis. Die Effektive Dosis ist also ein Maß für die Strahlenexposition des Menschen und berücksichtigt sowohl die unterschiedliche Wirksamkeit der verschiedenen Strahlungsarten als auch die unterschiedliche Empfindlichkeit der Organe gegenüber ionisierender Strahlung.

Um die biologische Wirkung ionisierender Strahlung im menschlichen Körper von der Energiedosis, die unabhängig vom bestrahlten Körper ist, abzugrenzen,  hat man als Einheit einen eigenen Namen, nämlich Sievert (Sv), gewählt. Das Sievert entspricht ebenfalls einer Energiedichte von einem Joule pro Kilogramm (1 Sv = 1J/kg).

Ein Sievert ist bereits eine sehr hohe Dosis. Üblich sind daher Angaben in tausendstel Sievert (Millisievert, mSv) oder millionstel Sievert (Mikrosievert µSv).

1 Sv = 1.000 mSv = 1.000.000 µ Sv

Die Größe der Jahresdosis, die mit einer Erhöhung des Krebsrisikos in Verbindung gebracht wird, liegt bei 100 mSv.

Bezieht man die Dosis auf eine bestimmte Zeiteinheit, so spricht man von Dosisleistung. Die Dosisleistung wird in der Regel auf eine Stunde bezogen und als Sievert pro Stunde angegeben. Die mittlere natürliche Dosisleistung in Deutschland beträgt 0,00024 Millisievert pro Stunde (mSv/h). Multipliziert man diese mit der Anzahl der Stunden pro Jahr (8760) so erhält man als Ergebnis, dass die effektive Dosis durch natürliche Strahlenquellen pro Einwohner und Jahr 2,1 Millisievert beträgt.