Ionizirajoče sevanje je oblika energije, ki jo oddajajo kemični elementi ali spojine, ki imajo nestabilen električni naboj, ki je lahko pozitiven ali negativen. Oddajani električno nabiti delci so znani kot alfa delci, beta delci ali gama žarki, vsaka vrsta sevanja pa ima različne značilne učinke. Nekateri težki elementi v naravi naravno povzročajo te učinke, kot so uran, torij in radij, prisotnost ali neposredna bližina teh materialov glede na človeško telo pa je lahko škodljiva za zdravje ljudi. To je zato, ker ionizirajoče sevanje obstaja vzdolž spektra za sevanje na splošno, kjer je odgovorno za veliko višje ravni oddajanja energije kot neionizirajoče sevanje, kot je tisto, ki ga povzročajo radijski valovi.
Oblike neionizirajočega sevanja, ki veljajo za relativno varne z nadzorovano izpostavljenostjo, vključujejo valove vidne svetlobe, mikrovalovno energijo in infrardečo svetlobo, kot na primer toaster uporablja za segrevanje kruha. Te oblike sevanja imajo izjemno dolge valovne dolžine v primerjavi z ionizirajočim sevanjem in bodisi hitro izgubijo moč z razdaljo bodisi se zlahka odbijejo od površine. Nevarnost izpostavljenosti ionizirajočemu sevanju je v veliki meri posledica visokofrekvenčnih valov, ki jih prenašajo, ki lahko do neke mere prodrejo v večino materialov in spremenijo njihovo kemično strukturo z razgradnjo običajnih kemičnih vezi.
Vrste ionizirajočega sevanja, ki se običajno pojavljajo, imajo različne ravni sproščanja energije. Tipičen ionizacijski proces za en atom ali molekulo sprosti 33 elektron voltov energije v okolico, kar zadostuje za prekinitev večine vrst kemičnih vezi. Ta raven sproščanja energije je še posebej pomembna, ker je sposobna prekiniti vezi med ogljikovimi atomi, na katerih temeljijo vse oblike življenja na Zemlji.
Emisijo alfa delcev, kjer sta vključena dva protona in dva nevtrona, proizvajajo radioaktivni elementi, kot so radon, plutonij in uran. So delci ionizirajočega sevanja največje mase, kar pomeni, da ne morejo potovati daleč, preden jih ustavi pregrada. Primanjkuje jim energije, da bi prodrli v zunanje plasti človeške kože, a če jih zaužijemo skozi zrak ali vodo, lahko povzročijo raka.
Sevanje beta delcev nastane iz prostih delcev v atomskem jedru, ki spominjajo na elektrone. Ti delci imajo veliko manjšo maso kot alfa delci in zato lahko potujejo dlje. Proizvajajo jih tudi redki elementi, kot so izotopi stroncija, cezija in joda. Učinki ionizirajočega sevanja iz delcev beta so lahko v velikih odmerkih resni in vodijo v smrt, in so ena glavnih sestavin radioaktivnih padavin zaradi detonacije jedrskega orožja. V majhnih količinah so koristni za zdravljenje raka in medicinsko slikanje. Ti delci so v pomoč tudi pri arheoloških raziskavah, saj je mogoče nestabilne elemente ogljika, kot je ogljik-14, uporabiti za datiranje fosilnih ostankov.
Ionizirajoče sevanje gama žarkov proizvajajo gama fotoni, ki se pogosto oddajajo iz nestabilnih atomskih jeder skupaj z beta delci. Čeprav so vrsta fotona, ki nosi svetlobno energijo kot običajna vidna svetloba, ima gama foton 10,000-krat več energije kot standardni foton bele svetlobe. Te emisije nimajo mase kot alfa delci in lahko prepotujejo velike razdalje, preden izgubijo svoj energijski naboj. Čeprav gama žarke pogosto uvrščamo med rentgenske žarke, jih oddaja atomsko jedro, medtem ko rentgenske žarke oddajajo elektronske lupine okoli atoma.
Predpisi o ionizirajočem sevanju strogo omejujejo ravni izpostavljenosti žarkom gama, čeprav se naravno pojavljajo v nizkih ravneh in jih proizvaja izotop kalija-40, ki ga najdemo v tleh, vodi in živilih z visoko vsebnostjo elementa kalija. Industrijska uporaba gama sevanja vključuje prakso radiografije za odkrivanje razpok in praznin v zvarjenih delih in kovinskih kompozitih, kot so turbine hitrih reaktivnih motorjev za letala. Sevanje gama žarkov velja za daleč najnevarnejšo obliko sevanja za živa bitja v velikih odmerkih, in domneva se, da bi eksplodirala zvezda gama žarkov, ki je 8,000 svetlobnih let od Zemlje, uničila polovico Zemljina ozonska plast, zaradi česar je izpostavljenost ionizirajočemu sevanju našega sonca veliko bolj škodljiva za zdravje ljudi.