游離輻射廣泛應用在醫、農、工、商、學研及國家安全等領域，醫用輻射源發展最早也最成熟，應用於疾病診斷及治療，如X光機、斷層掃描儀、乳房X光攝影儀等，皆是利用游離輻射的穿透特性，進行非侵入性的檢查，協助醫生進行診斷，輻射除了協助確認病灶外，也可利用輻射對於癌細胞的破壞能力，對於癌症進行放射治療，例如直線加速器、電腦刀、以及近來引進之質子治療及重粒子治療設備。
 
藉由游離輻射對不同物質有不同的穿透力，輻射源也被應用於測量厚度、密度、高壓容器或儲存槽中的液位偵測、異物檢出、非破壞檢測及零件分析等，常見於工廠、電子業、資源回收廠。

此外，游離輻射也可應用於元素分析，利用X光或放射性物質產生之放射線照射於樣品，這將樣品裡元素的電子激發發出特性X光，再藉由能譜資料庫的比對，就可以知道樣品中有那些元素及其比例，像是銀樓使用之黃金成色分析儀，或是工業或科學研究常用之X射線螢光光譜儀。
 
輻射設備在我國邊境管制上也發揮很大的作用，如航警及海關在各大機場、港口都利用行李檢查X光機、貨櫃檢查儀、毒品、爆裂物偵檢器等設備，協助其進行走私查緝或違禁品檢查等作業，對於國土保安有重要的貢獻。