包括同位素輻射和同位素示蹤兩方面的應用。它們都是利用放射性同位素在原子核衰變時放出射線這一特性，但在利用方式和應用方法上兩者截然不同。前者是利用放射性同位素放出的射線能量所造成的生物效應，諸如致死效應、絕育效應和誘變效應等；後者則是把放射性同位素引入動植物體內，再利用核探測儀跟蹤機體對它的吸收、轉移和積累的情況，以研究動植物的基本生理和生化過程、機體對營養物質的吸收代謝規律以及動植物同環境的關係等。
輻射育種 1927年L.J.施塔德勒在玉米育種工作中首先發現瞭X射線能對植物誘發突變，開創瞭人工誘變研究及其在作物育種上的應用工作。此後世界上許多國傢利用裂變反應堆提供的強大輻射源，大量開展瞭輻射育種工作。
中國的輻射育種開始於1958年，至1980年已育成145個作物新品種，作物面積達7000萬畝。
射線能引起植物遺傳結構的變異，使原有的品種獲得一些新特性，如早熟、矮桿、抗病、優質等，經過選擇就可育成新品種。輻射育種時要選擇適當的材料，用輻射源以一定劑量進行處理。對大多數作物通常是照射風幹種子，由照射種子長成的植株叫M1代（突變一代）。因大多數突變屬隱性突變，M1代並不表現其突變性狀，需經突變基因的純合，故主要在M2代（突變二代）表現出突變性狀，M2代是選擇的主要世代。在M2代獲得的符合育種目標的突變體，需經品種比較和產量比較試驗，與常規育種具有同樣的程序，但育種年限較短。（見彩圖）
輻射場控制室
四川原子能技術應用研究所供稿
糧食輻射處理過程
四川原子能技術應用研究所供稿
利用鈷-60γ射線處理農作物
人民畫報供稿
輻射保藏食品 射線對生物具有致死效應，在一定劑量的射線照射下，可殺死微生物、昆蟲及高等生物體的細胞。利用射線的這一致死效應，可以保藏食品，主要包括；①魚肉類，利用射線殺滅其中的微生物，以延長保藏期；②谷物類，利用射線殺死其中的害蟲；③馬鈴薯、洋蔥和水果類、射線可抑制它們的發芽或延遲成熟。為使輻射保藏食品商品化，需解決以下幾個問題:①建立大規模處理食品的輻射源裝置，主要包括強大的輻射源和生產自動流水線；②不致因輻射而使食品品質變劣；③輻照後的食品中不存在對人體有害的成分，符合國傢規定的衛生標準。從50年代開展這項研究工作以來，目前國際上已有50多個國傢著手這方面的研究，並已有10多個國傢正式批準一些經過輻射保藏的食物在市場出售，其中包括馬鈴薯、洋蔥、幹鮮果、蔬菜、小麥、魚、肉以及醫院病人食物。
輻射滅蟲 射線可導致昆蟲不育。正常雌蟲同釋放的這些不育的雄蟲交配後所產的卵不能正常孵化。利用這種方法可降低害蟲的蟲口密度，最終達到消滅害蟲的目的。美國在50年代初利用這種技術防治危害傢畜的螺旋蠅，首先獲得瞭成功。利用不育雄蟲防治害蟲需註意下列幾個問題:①照射劑量要適當，即要使害蟲不育，又不影響它們的正常活動（如飛翔、吃食等）和交配能力；②要有正確的釋放技術，要選擇適當的時間和地點，釋放的不育雄蟲同正常雄蟲和正常雌蟲之間要有適當比例；③要有蟲源，除少數害蟲能直接從野外采集外，大部分害蟲必須采用人工大量飼養蟲作照射用蟲源。
同位素示蹤 同位素示蹤在農業生產和研究中得到瞭廣泛的應用。它主要應用於研究農作物的光合作用，體內物質輸運，肥料利用，農藥殘留以及傢畜的營養代謝等，從而正確制定作物栽培管理和合理有效地施用肥料和農藥的措施，對傢畜的飼養和管理等提供科學依據。