核的に不安定で、一般にβ線とγ線を放出して他の元素に壊変するヨウ素を放射性ヨウ素という。安定で天然に存在するヨウ素の同位体は、質量数127のもの（¹²⁷Ｉ）のみである。これ以外の同位体は不安定なため天然には存在せず、ウランの核分裂等に伴って生成される。主要な同位体としては、質量数131のもの（¹³¹Ｉ；半減期 8.02日）、133のもの（¹³³Ｉ；半減期 20.8時間）、135のもの（¹³⁵Ｉ；半減期 6.57時間）などがある。