核电站发生重大事故或核武器爆炸后释放到环境中对人和生物影响最大的是放射性核素，主要有锶-89、锶-90、铯-137、碘-131、碳-14和钚-239等，由于这些核素的半衰期都较长，它们可以通过饮水、食品等进入人体，作用于人体组织和器官，造成伤害，当然也对其他生物造成伤害。
评估核素对人、生物和环境的危害主要有两个标准，一是核素沉降到环境中的浓度，即放射性沉降物的浓度，二是核素或放射性物质的辐射剂量对人和生物的危害。放射性沉降物是指沉积在地面和水中的放射性物质，其浓度以用单位面积或体积的贝可（Bq）量来表示。1贝可意思是每秒钟有1个放射性原子核发生衰变。福岛核事故后释放到环境中的放射性沉积物有多少，目前并无确切统计。
不过，法国放射线防护与原子力安全研究所于2011年10月发表报告称，从当年3月21日至7月中旬，事故大约造成27拍贝可（1拍贝可=1015贝可）铯-137进入大海，约82%在4月8日前进入大海。这是有史以来观察到的最大量的放射性物质进入大海。由于福岛海岸附近洋流比较活跃，造成放射性物质大量扩散。
日本文部科学省2012年4月14日公布的数据显示，福岛第一核电站事故发生后的4个月中，位于核电站西南约5千米处的福岛县大熊町测得的放射性核素铯的沉降为每平方米683.6万贝可。除福岛县和因地震未能检测的宫城县以外的45个都道府县则为14.4万贝可，前者是后者的47倍之多。核素的辐射剂量一般以毫西弗或微西弗来表示。
每千克人体组织吸收1焦耳辐射量定义为1西弗，1西弗等于1000毫西弗，1毫西弗等于1000微西弗。普通人每年接受的正常环境本底辐射为2毫西弗左右。国际安全标准规定，在正常环境本底辐射之外，一个人每年所受的辐射上限是1毫西弗。一次全身PET-CT检查的总体辐射剂量在7.5毫西弗左右。当短时辐射剂量低于100毫西弗时，对人体没有危害。如果超过100毫西弗，会对人体造成危害。
100~500毫西弗，人们不会有感觉，但血液中白细胞数会减少；1000~2000毫西弗，可导致轻微的辐射疾病，如疲劳、呕吐、食欲减退、暂时性脱发、红细胞减少等；2000~4000毫西弗，人的骨髓和骨密度受到破坏，红细胞和白细胞数量大量减少，有内出血、呕吐等症状；大于4000毫西弗时可直接导致人死亡。