Sugárszennyezésről akkor beszélünk, ha a légkörbe jutott radioaktív anyag mennyisége veszélyezteti a környezetet és az élő szervezeteket. Ez megtörténhet például reaktor baleset, nukleáris támadás vagy radioaktív anyagok nem megfelelő tárolása esetén.
A radioaktív szennyezés nyomán sugárbetegség alakulhat ki, ennek lefolyása a sugárzás dózisától függ. Nagy sugárdózis esetén már akár fél órán belül is jelentkezhetnek a tünetek, a központi idegrendszerben, az emésztőrendszerben, vérképzőrendszerben. A kis sugárdózis hatása lehet, hogy csak évek múltán jelentkezik, például rákos daganatok, genetikai elváltozások formájában.
A kikerülő radioaktív anyagok eltérő megbetegedéseket okozhatnak. A jód 131-es izotópja például a pajzsmirigy kóros elváltozását okozhatja, a stroncium 90 pedig a csontokban fejti ki hatását, daganatos megbetegedést és a vérképzőszervek zavarát okozza.