Pierwiastki promieniotwórcze powstają w ten sam sposób, co inne pierwiastki: w trakcie reakcji jądrowych, zachodzących: 1) we wnętrzach gwiazd 2) w trakcie wybuchu supernowych 3) w wyniku zderzenia wysokoenergetycznych cząstek (np. promieniowania kosmicznego) z jądrem atomowym. Pierwsze dwa z wymienionych procesów ukształtowały początkowy skład chemiczny Układu Słonecznego. Na Ziemi tylko ostatni z wymienionych procesów może zachodzić. Przykładem mogą być zachodzące w atmosferze reakcje pomiędzy jądrami azotu a neutronami generowanymi przez promieniowanie kosmiczne. W wyniku tego procesu powstaje izotop węgla $^{14}$C, wykorzystywany do oznaczania wieku obiektów archeologicznych (i nie tylko).