Tai nạn chiếu xạ xảy ra khi liều chiếu xạ lên cơ thể cao hơn mức an toàn cho phép, dẫn đến Hội chứng nhiễm phóng xạ cấp tính [17]. Ở quy mô lớn là các vụ thử hay ném bom nguyên tử, hoặc sự cố ở nhà máy điện hạt nhân, như thảm họa Chernobyl hay sự cố nhà máy điện Fukushima I. Tại các cơ sở nghiên cứu hay ứng dụng hạt nhân và chiếu xạ, thì xảy ra tai nạn với quy mô nhỏ và thường chỉ một vài người ảnh hưởng.

Tai nạn chiếu xạ đầu tiên ghi nhận là bà Marie Curie ở Pháp khi làm thí nghiệm với radi đã mắc nhiều bệnh mãn tính, hồi đầu thế kỷ 20 [18]. Sau đó là trường hợp Harry K. Daghlian, Jr. tử nạn năm 1945 khi làm việc ở Dự án Manhattan thực hiện chế tạo bom nguyên tử trong Thế chiến thứ 2 ở Hoa Kỳ [19].

Tại Việt Nam ca tai nạn chiếu xạ đầu tiên xảy ra ngày 17/11/1992 trên máy gia tốc Microtron MT-17 (lắp đặt 1984) ở Viện Khoa học, Hà Nội. Do lỗi vận hành mà một nghiên cứu viên đang chỉnh mẫu chiếu thì máy gia tốc đã bật, dẫn đến chiếu xạ hai bàn tay, gây bỏng và hoại tử một phần.

Ngoài ra các khối chứa nguồn phóng xạ thường bị đánh cắp, như vụ mất nguồn phóng xạ của Nhà máy thép Pomina 3 Vũng Tàu. Nguồn phóng xạ dùng trong đo đạc di động như vậy thường nhỏ, cỡ 2 - 100 miliCurie (khác với nguồn rất mạnh dùng trong máy chiếu xạ thực phẩm), chỉ to cỡ cái đầu đũa (gọi là capsule) nặng cỡ vài gram, bên trong chứa bột chất phóng xạ được đóng vỏ kim loại và hàn kín. Tuy nhiên nó phải được đặt trong bình bằng chì nặng cỡ chục kg để chặn các tia phóng xạ, lại thường để xa chỗ ở của người sử dụng, nên là thứ hấp dẫn giới thu gom đồng nát [17][20]. Những nguồn phóng xạ nhỏ này không đủ gây tai nạn chiếu xạ, nếu không để nó trong túi quần áo. Nguy hại xảy ra khi người ta đập vỡ capsule và để chất phóng xạ vung vãi trong khuôn viên nhà, tạo ra nguồn bệnh ung thư tiềm ẩn.