当怀疑物体内含有一种或多种放射性物质时，可以将物体采样送往实验室检测。采样时应当密封包装，既可防止物体在运输过程中被其他放射性物质所污染，同时如果采样物体本身含有放射性物质也可防止其污染周围环境。如果采样物体外照射水平比较高，除密封外还应该增加适当的防护措施，如置于铅罐内运输。如果采样物体为易腐败物品，如食物等还应当进行必要的防腐处理。

样品进入实验室后应先对样品内的放射性物质水平做预判，如果样品中放射性物质含量很高则需要参照非密封放射源的办法进行处理，如果样品中放射性物质含量很低，一般需要对所测量的放射性物质先做一定的浓集处理后进行检测。对于某些核素进行检测时还需用化学方法进行分离。

实验室检测主要由总放射性检测和核素检测两大类组成。其中总放射性检测使用的仪器通常被称为α、β计数器，它能够给出物体中所有放射性核素叠加产生的α和β总活度。这种测量通常相对快速，适用于对物体是否可以使用的判定。若总放射性水平较低，一般来说这种物质就比较安全。持续的总放射性监测可以反映被检测物体的长期的安全水平。若总放射性监测没有明显异常就可以基本判定被检测物体本身放射性没有异常。

但总放射性检测本身也存在一定的缺点，就是它无法判定产生放射性的究竟是何种核素。当物质本身的放射性水平有变化时，单纯的总放射性检测结果可能无法得知是何种核素增高，是否仍然是安全的。另一种情况是某一放射实践活动对于某一种或者几种核素具有指标性意义，这时对物质内核素进行识别以及对不同核素分别进行检测就非常有意义了。如果我们已经知道需要测量何种核素，可以利用化学方法将这种核素进行分离，再对其进行测量；但如果我们在测量前不知道核素的种类时，就需要对核素的种类先进行识别。识别对核素主要是依靠放射性核素发射出的粒子能量不同来进行的。通常使用的仪器不但可以识别仪器接受的粒子的能量，并且能够对不同能量的粒子分别进行计数。这种仪器一般被称为谱仪。虽然放射性核素衰变主要由α衰变、β衰变、γ跃迁三种情况，但绝大多数的α衰变和β衰变也都会发出特征能量的γ射线。因此可以利用不同核素在衰变过程中发出的特征γ射线来进行核素识别。实验室常用γ谱仪来进行核素识别和检测工作。通常一台高能量分辨率的γ谱仪能从被测物体中一次识别出几十种甚至上百种核素，并且通过一次测量就能确定这些核素的含量。

虽然γ谱仪在核素识别与测量方面功能强大，但其本身也并不是万无一失的核素识别方法。有些核素如等是纯β放射性，也就是其衰变过程中不会放出γ射线，因此它们不能被γ谱仪识别到。另外有一些如o本身为纯α放射性也就是衰变过程中只放出α射线，它本身也无法被γ谱仪识别到。还有一类就是以为代表的放射性物质，它们在衰变过程中会产生正电子，正电子湮灭虽然会产生能量为0.511 MeV的γ射线被探测到，但由于所有放射性核素产生的正电子湮灭能量均为0.511 MeV，因此单纯依靠这个能量的γ射线只能判断其有放射性核素存在，没有办法区分是何种核素。当对这些核素进行检测时应当采用其他手段。

α谱仪和屏栅电离室的功能都与γ谱仪相似，只是其探测的目标为α射线，它们能够通过测量给出不同能量的α放射性的强度。从而识别和检测α放射性物质的含量。但对于β放射性的情况比较特别，虽然有液体闪烁谱仪这一类仪器可以给出β射线的能谱，但由于β射线本身是连续谱，也就是说对于同一种核素在进行β衰变过程中，其放出的β射线可能包含了从0到各种能量，因此要通过对β能谱进行分析来识别是何种核素这一工作是很困难的。因此一般液体闪烁谱仪实质上并不具备一般意义上谱仪用于识别核素的功能，所以它也被叫做液体闪烁计数器。

实验室监测过程中所检测的核素主要分为三大类。第一类是天然核素，如天然的U、Th、Ra、K的放射性同位素及其衰变产物。这一类天然核素普遍存在于自然界，因此在几乎任何物体中都或多或少含有这些天然放射性核素。第二类是由于人类核活动造成的人工放射性核素。这里的核活动主要指的是核试验以及核电站活动。其产生的核素一般为核材料的裂变产物以及一些活化产物。最具有代表性的人工放射性核素有等。由于现在全球的大气层核试验基本已经停止，因此新增加的这些产物一般都是核电站的排出物。对其进行监测可以评价说明核电站对周围环境以及居民健康的影响。第三类是工业和医学上的同位素应用。随着科学技术的进步，在生产实践和医疗实践中同位素的使用越来越广泛。以普通医院为例用于甲状腺疾病的治疗；借助SPECT和PET等影像设备，用于核医学成像用于放射诊疗。对于这些同位素使用中可能造成的污染，除了现场检测外，也需要对其向大气、污水等排放进行实验室检测。