元素地球化學的一個研究領域。主要研究放射性元素（鈾、釷、鉀、鐳和氡等）在自然界的分佈規律、賦存狀態、遷移方式、沉澱條件及其地球化學意義。
鈾 是目前最主要的核原料，廣泛分佈於地球的矽鋁層中，其豐度為2.5～4ppm。鈾在各類巖石中的含量有明顯的差別，火成巖中從超基性巖→基性巖→酸（堿）性巖含鈾量增高；變質巖中鈾含量隨巖石變質程度增高而減少；沉積巖中黑色、暗色泥質巖石的鈾含量高，石膏膏、鹽巖中最低。土壤中鈾含量通常為n×10-7％。海水中的鈾含量高於湖水和河水，為3×10-6克／升。
鈾在自然界中有4種賦存狀態：①鈾獨立礦物，如瀝青鈾礦、晶質鈾礦、鈾黑和鈾石；②含鈾礦物，如黑稀金礦、鋯石等；③吸附態（包括替換其他陽離子形式），如含鈾煤、含鈾褐鐵礦等；④以鈾酰（UO2）2+絡陽離子形式溶解在水溶液中。
鈾是親氧的變價元素，在氧化條件下以6價的鈾酰（UO2）2+絡離子形式存在，易溶於水；在還原條件下，鈾被還原為4價鈾U4+而沉淀。鈾的遷移形式有4種：①呈硫酸鹽UO2SO4形式；②呈碳酸鈾酰絡合物Na4[UO2（CO3）3]、Na4[ UO2（HCO3）6]形式；③呈易溶鈾－有機質絡合物Na4[UO2（CnHmCOOH）]形式；④呈鈾的膠溶體[UO2（OH）]形式。在內生高溫作用過程中，鈾主要為U4+離子，它與鋯、鈣、稀土、釔、鈮、鉭、釷、鈦等呈類質同象存在，形成含鈾的礦物。在熱液作用中鈾可能以U4+和U6+兩種形式遷移，即呈鈾酰碳酸鹽絡合物、鹵化物或以矽酸鹽絡合物形式在酸性溶液中遷移；呈氟碳酸鹽絡合物形式，在堿性介質中遷移。
當鈾在溶液中以（UO2）2+遷移時，遇到亞鐵離子Fe2+則被還原為U4+而沉淀，Fe2+被氧化為鐵離子Fe3+，於是就產生瞭紅化（即赤鐵礦化）。紅化是鈾成礦作用的一種地球化學特征，也是重要找礦標志。
釷 釷在地殼中分佈廣泛，其豐度為5.8～11ppm。釷的含量在火成巖中從超基性巖→基性巖→中性巖→酸性巖依次增高；沉積巖中以頁巖、粘土巖等碎屑巖釷含量最高；隨著巖石變質程度的增高釷含量降低。釷為親氧元素，在自然界中隻有一種價態（TH4+）。釷的化合物揮發性弱，溶解度小。地殼中釷主要以兩種形式存在：①釷獨立礦物（有40種左右），如釷石、方釷石等；②含釷礦物（近120種），如鈦鈾礦、釷氟碳鈰礦、變生鋯石等。水體中釷的含量極微。在內生過程中，釷的遷移特點與鈾相似；而在表生條件下，釷以碎屑形式遷移為主，並在殘積物、沖積物中富集。釷在有利條件下形成絡合物或有機絡合物遷移，也可以膠體形式遷移。
鉀 鉀在自然界中有3個同位素，即鉀-39、鉀-40和鉀-41，其中鉀-40是放射性同位素。鉀是典型的親石元素，在地殼中豐度高，為20900ppm。已知自然界中有122種鉀礦物，常見有鉀長石、白雲母、黑雲母、白榴石、海綠石、光鹵石等。鉀的離子半徑為1.33埃，它可以類質同象置換方式與鈉、銣、鉈、鉛、鋇等共生。鉀集中在地殼上部，尤其是大陸地殼部分。火成巖中，鉀含量從超基性巖→基性巖→中性巖→酸性巖而增高。鉀易被土壤吸附，在粘土巖、碎屑巖中鉀含量很高。鉀是有機體中不可缺少的元素，生物體中鉀含量均在數千ppm以上（生物體幹組織）。
鐳 鐳是鈾、釷衰變產物，常伴隨富集於花崗巖圈上部火成巖中。沉積巖中鐳主要富集於粘土、頁巖和砂巖中，其次是灰巖。由於鐳易從巖石、礦物中被淋失，因此水體中普遍含鐳，有3種富鐳的天然水類型：鈾-鐳礦床水（2～15×10-8％）；礦泉礦化水（n×10-13～2.5×10-11％）；油田水（0.018×10-6ppm）。在一般條件下，海水、地下水中的鐳高於河水，在垂直分佈上隨海水深度增加鐳的含量增高。鐳在自然界中隻呈二價（Ra2+），常以類質同象方式進入方解石、重晶石和磷氯鉛礦等礦物中。自然界鐳的含量極微，極分散，不形成獨立礦物。此外，許多鐵錳氫氧化物、粘土、軟泥和石灰華易吸附鐳而使之富集。
氡 氡為鐳的衰變產物。氡在地殼中含量甚微，為7×10-12ppm。氡可以存在於大氣、土壤、巖石和水體中，它的分佈與地殼中的射氣作用有關。地下水中的氡含量隨溫度升高而降低，產生富氡的天然水可能與下列因素有關：①巖石中鐳的濃度；②射氣系數；③水與含放射性巖石的接觸時間；④巖石的水容度與孔隙度；⑤水和巖石的溫度；⑥水的礦化作用及含鹽成分；⑦巖石吸附氡的能力。
研究放射性元素地球化學的意義：①利用其具放射性的特點，可直接或間接用於研究地質作用的過程、巖石和礦床的形成機理、化學組分的演化，並作為找尋放射性元素礦床和其他礦床的找礦標志；②利用巖石和礦物中鈾-238、鈾 -235和鉀-40等衰變規律測定地質體和地質作用的年齡；③研究地球的熱狀態、熱傳導和熱歷史。
參考書目
中國科學院貴陽地球化學研究所《簡明地球化學手冊》編譯組編譯：《簡明地球化學手冊》，科學出版社，北京，1977。
劉英俊等編著：《元素地球化學》，科學出版社，北京，1984。