据美国《华尔街日报》报道，破损的核电站可能释放出一系列放射性物质，一些物质相对无害，而另一些却极具危险性。长期关注公共健康的非营利组织——辐射和公共健康课题组执行董事约瑟夫曼加诺（Joseph Mangano）表示，利用高温将铀分裂的过程会产生超过100种新的化学物质。
佛罗里达州立大学核物理学家柯比肯珀（Kirby Kemper）也表示，在核反应堆堆芯区，处于较低毒性的频谱端将释放出一些放射性气体，包括氮-16，氚和氪，但是这些气体的质量都相对较轻，容易迅速消散，对人体的危害不大。氮-16在环境中会迅速衰减并转变成稳定的氧气。氪气也很轻，会快速融入到大气中，并迅速消散。氚气是一种低能量、半衰期 为12年的一种气体，衰变后，它将变成稳定的氦气。
核反应堆污染物最危险的特征是可以通过皮肤、呼吸道、口腔等途径进入人体。如果核反应堆堆芯完全熔毁，一些最具辐射性的物质如铀和其它重金属，将会下降到压力容器的底部，而不会散发到大气中，这些物质将由专业的核辐射清理人员做特殊处理。
令人担忧的是，一些放射性化学物质能以四分之一颗沙粒大小的颗粒形态被释放出来，这些物质包括碘-131、锶-90以及铯-137，它们对人体极具威胁，因为这些放射性物质能模仿人类身体自然组织所需的元素成份，像放射性碘-131就很容易进入到人体组织器官中。
美国环境保护局透露，放射性碘在一定条件下可以迅速分散于空气和水当中。然而，碘-131半衰期只有8天，这意味着在几个月内它就会完全衰变。美国环境保护局同时也表示，放射性碘可以通过空气吸入到人体体内，它可能沉积在草地上，通过奶牛吃过受污染的草制成的奶制品传染给人体，它也可能沉积在蔬菜的叶子上或集聚在海产品和淡水鱼身上，通过饮食消费转移到人体器官当中。
锶-90的半衰期为29.1年，由于它的化学特性类似于钙，往往集聚在人体的骨骼和牙齿上。在切尔诺贝利核电站事故中，就有大量的锶-90释放到空气中，沉积在前苏联、北欧以及其它地区。锶-90主要通过食物和饮用水进入人体，其摄入量的多少往往与骨骼病、骨软组织肿瘤和白血病相关。
铯-137的半衰期为30年，是核反应堆堆芯释放出来的另一种高危物质，往往通过食物和水被人体摄入，或通过呼吸道进入人体器官。人体暴露在铯-137之中会大大增加患癌症的风险。
肯珀博士同时也表示，尽管有这么多的危险存在，日本福岛核电站事故绝不会发生切尔诺贝利式的大灾难。就像几十年前修建的所有核反应堆一样，切尔诺贝利核电站反应堆是利用碳物质来减缓裂变反应中的中子，在那次灾难中，火灾点燃了这些碳，并产生了放射性的煤烟，随着风飘往各地。而像日本的福岛核电站反应堆这样的新反应堆设计中，堆芯是由钢制的安全容器密封好的，且现在的反应堆采用水来降低中子的活性，而不是以前常使用的碳物质，故不存在放射性烟尘从福岛核电站散发出来的危险。不过，通过减压阀散发出来的微量核辐射物质却不在控制范围之内。
