A nivel medioambiental, las consecuencias de los desastres nucleares así como el empleo de las bombas atómicas son desastrosos. Los isótopos radiactivos, cuya vida media es a veces de millones de años, entran en los ciclos biogeoquímicos y son acumulados por los organismos mediante procesos metabólicos selectivos. Como sucede por ejemplo con el Yodo radiactivo-tal como pudo demostrarse en la isla de Rongelap, cuyos pobladores de edad infantil, sufrieron en su gran mayoría grandes trastornos a causa de las nubes radiactivas que allí llegaron a procedentes de los experimentos nucleares efectuados en el atolón de Bikini. Efectivamente, el Yodo radiactivo, siguiendo las vías metabólicas del Yodo normal, llega a la glándula tiroides, dónde se acumula efectuando graves trastornos en su funcionamiento, en forma de retrasos y desarreglos del crecimiento así como de tumoraciones malignas en dicha glándula.
Son muchos isótopos radiactivos particularmente peligrosos. Entre ellos el Estroncio-90 que puede sustituir en el organismo al calcio y el cesio-137 al potasio. En general, los efectos de tales isótopos se traducen en mutaciones génicas inducidas en el ADN de las células vivas que a menudo se traducen en manifestaciones cancerígenas (leucemias, cáncer de piel, etc.).
Actualmente los riesgos potenciales, debido al arsenal bélico nuclear, no pueden ser soslayados- el desmembramiento de la URSS está empezando a aflorar un peligroso tráfico clandestino de plutonio y otros materiales radiactivos-, ni tampoco las utilizaciones colaterales de aquellos materiales(como por ejemplo, el revestimiento de uranio usado por el ejercito de EEUU en la guerra del Golfo, de los que se ha dicho que han producido molestias o enfermedades en un porcentaje muy significativo de sus tropas).
No obstante, los mayores peligros que pueden derivarse de la energía atómica son- dejando de lado un eventual holocausto nuclear- los relativos a la seguridad de las centrales térmicas nucleares que pueden liberar, en caso de mal funcionamiento, grandes cantidades de isótopos radiactivos a la atmósfera o al agua con el consiguiente riesgo para el ecosistema, cuyos constituyentes los pueden ir acumulando y concentrando en forma creciente, en cada eslabón trófico.
Otro problema muy grave para el cual no se dispone de ninguna solución adecuada es la gestión de los residuos cargados de radiactividad que generan las centrales. Ningún país tiene alternativas válidas para unos residuos que conservarán su carga mortífera durante siglos o milenios. Mientras se limitan a almacenarlos.
Un problema colateral del funcionamiento de los reactores nucleares es la contaminación térmica que provoca el vertido-en ríos o costas- del agua de refrigeración de las centrales. Otra consecuencia de lo anterior son las lluvias radiactivas.
La retención a largo plazo de residuos radiactivos en la atmósfera permite que algunos de los productos de vida corta se disipen en la atmósfera. En el caso de la lluvia radiactiva troposférica, se produce cierto grado de desintegración radiactiva en la atmósfera, lo que reduce algo la dosis de radiactividad a la que se ven expuestos quienes se encuentran en la superficie de la Tierra. Con todo, los radioisótopos de vida larga, como el 90Sr, no se desintegran apreciablemente durante el tiempo que permanecen en la estratosfera, y por tanto, pueden seguir siendo un riesgo potencial durante muchos años, sobre todo a través de los alimentos contaminados y destinados al consumo humano. Se conocen dos tipos de lluvia radiactiva, la inicial y la tardía. Si la explosión nuclear se produce cerca de la superficie, la tierra o el agua se levantan formando una nube en forma de hongo. Además el agua y la tierra se contaminan al mezclarse con los restos de la bomba. El material contaminado empieza a depositarse a los pocos minutos y puede seguir haciéndolo durante 24 horas, cubriendo una zona de varios miles de kilómetros cuadrados, en la dirección en que el viento lo lleve. Se llama lluvia radiactiva inicial y supone un peligro inmediato para los seres humanos. Si una bomba nuclear explota a gran altitud, los residuos radiactivos se elevan a gran altura junto con la nube en forma de hongo y cubren una zona aún más extensa. La experiencia de la lluvia radiactiva en el hombre ha sido mínima. El caso más importante es el de la exposición accidental de isleños y pescadores en la explosión de 15 megatones del 1 de marzo de 1954. La lluvia radiactiva ha afectado a los seres humanos en diversas ocasiones: las secuelas de los experimentos nucleares estadounidenses en Bikini (Micronesia, 1946) y de las bombas nucleares de Hiroshima y Nagasaki en 1945 todavía se manifiestan en la población que sufrió sus efectos y en sus descendientes. El 26 de abril de 1986 estalló el reactor de la central nuclear ucraniana de Chernóbil, y emitió radiación durante 10 días. En el plazo de cinco años el cáncer y la leucemia aumentaron en la zona un 50%. No es posible calcular o predecir las generaciones futuras que todavía se verán sometidas a las consecuencias de los accidentes o explosiones nucleares. Las propiedades de la radiactividad y las inmensas zonas que pueden contaminarse convierten a la lluvia radiactiva en lo que, potencialmente, pudiera ser el efecto más letal de las armas nucleares.