福岛核污水的来源主要有两个。第一个来源是持续注入冷却水产生的放射性污水。由于目前核燃料仍然存在于反应堆中，东京电力公司需要持续注入冷却水以带走堆芯中核素衰变产生的热量,防止核燃料进一步熔化和可能导致的爆炸与泄漏问题。福岛核废水的第二个来源是降雨、地下水等自然水体进入熔化反应堆位置产生的核污水。上述来源的核污水被收集后，经过多核素去除系统(advanced liquid processing system, ALPS)处理，并就地储存于福岛核电厂区内的近千个储水罐中。目前福岛核电厂区内已经累积超过百万吨核污水。

正因来源不同，福岛核污水其核素组成与浓度与核电站正常运行状态下的液态流出物有着本质的区别。福岛核污水由于直接接触核燃料，理论上包含堆芯内的各种裂变产物和活化产物。福岛核污水中包含了⁹⁰Sr、¹³⁴Cs、¹³⁷Cs等62种主要的放射性核素，这些放射性核素即使是ALPS也无法去除，尤其是大量的³H（氚）。

半衰期较短的核素可以通过储存放置而衰变降低浓度水平,无需采取复杂的化学分离去除。半衰期小于2年的放射性核素，经过10年的储存衰变后将使核素活度水平下降96%以上;而拥有较长半衰期的放射性核素，如³H、¹⁴C、⁶⁰Co、⁹⁰Sr、 ¹²⁵Sb、 ¹²⁹I、 ¹³⁷Cs等，则需要采取化学分离手段进行处理,是需要被特别关注的放射性核素。

长期大量摄入上述放射性核素，会造成部分放射性核素在人体内蓄积，从而引起造血系统、内分泌系统、神经系统等损伤。尽管尚未有研究证明福岛核污水排海会造成上述放射性核素大量摄入进而造成相应损伤。但这些放射性物质浓度增加对于海洋生态环境和人类生命健康将产生多大程度的影响依然还是未知数。迄今为止，国际社会还没有排污入海的先例，福岛核污水排海依然是人类最大的放射性污染排海事件。