Эпидемиологические исследования изучают возникновение и распространение заболеваний среди населения. Как правило, эти иcследования нацелены на выявление взаимосвязи между воздействием возбудителей заболеваний и состоянием заболеваемости среди населения. Имеется три основных типа эпидемиологических исследований. Сравнительные исследования сопоставляют воздействие на людей, подвергшихся заболеваемости, с воздействием на тех, кто этому заболеванию не подвергся. Исследования постоянной выборки лиц изучают различия в уровнях заболеваемости между подвергшимся и неподвергшимся вредному воздействию населением. В экологических исследованиях рассматривается уровень заболеваемости населения в определенном географическом районе на основе средних оценок вредного воздействия. Поскольку в экологических исследованиях не изучается реальный уровень индивидуального вредного воздействия, они менее аналитичны по сравнению с первыми двумя типами и, поэтому, к их выводам следует относиться с осторожностью.

В исследованиях фиксированной выборки группы лиц, где предметом изучения является подвергшаяся вредному воздействию группа населения, эпидемиологи рассчитывают относительный риск и соотношение рисков для зараженного населения путем оценки уровня заболеваемости или смертности среди подвергшегося вредному воздействию населения и последующего деления полученных результатов на данные уровня заболеваемости контрольной, не подвергшейся заражению, группы лиц. В эпидемиологических исследованиях может также сопоставляться количество смертельных случаев в результате раковых заболеваний среди пораженной группы наблюдаемых со средними показателями для всего населения. Присутствующий или дополнительный риск рассчитывается путем вычисления разницы (а не соотношения) между уровнями заболеваемости или смертности пораженного и непораженного населения. Во всех эпидемиологических исследованиях важно учитывать такие факторы, как возраст, пол и вредные привычки наблюдаемых (например, курение), поскольку уровень заболеваемости в значительной степени различается в зависимости от групп населения.

Исследования в области восстановления полученных доз оценивают степень воздействия на индивидуум или на группу населения такого возбудителя заболевания, как радиация. Для оценки степени воздействия необходимо знать количество загрязнителя, произведенного источником загрязнения (данные по выбросам) в определенную среду - атмосферу или воду, или обладание точными ретроспективными данными о попадании загрязнителей в атмосферу, воду и почву. Анализ путей заражения позволяет прояснить зачастую весьма комплексные способы, посредством которых загрязнители поражают людей через окружающую среду. Это позволяет преобразовать оценки выбросов в оценки полученных доз. Например, загрязнители могут одновременно вдыхаться с воздухом и попадать внутрь организма вместе с загрязненной питьевой водой или пищей. Кроме того, население может получить дозы из источников, находящихся как вне, так и внутри организма. Исследования доз должны проводиться независимо от эпидемиологических исследований, но они могут помочь эпидемиологам сделать более точную выборку пораженных групп населения.

Исследования доз и эпидемиологические исследования представляют собой важный инструмент в определении взаимосвязи между загрязнителем и медицинскими последствиями. Однако их результаты могут иметь неявный характер из-за целого ряда имеющихся трудностей:

• Неточные и неполные данные по загрязнителям. В целом, легче оценить дозы для персонала, который, как правило, подвергается постоянному наблюдению (хотя часто и недостаточному), чем для окрестного населения, по которому обычно не имеется данных. Однако информация по нерадиоактивным токсичным материалам зачастую недостаточна как в отношении персонала, так и местного населения.
• Трудности в выделении подвергшегося заражению населения. Например, персонал группируется в зависимости от полученных внешних доз от бета- и гамма-радиации, поскольку данные по внутренним дозам, как правило, недостаточны. Если подвергшееся вредному воздействию население не может быть сгруппировано исходя из уровней полученных доз, крайне затрудняются оценки дополнительного риска. Это имеет особое значение в случае, если небольшая группа подвергшегося сильному воздействию населения попадает в одну более широкую группу с лицами с относительно невысоким заражением.
• Трудности с наблюдением лиц в течение длительного периода. Период времени между заражением и возникновением заболевания (известный как латентный период) может длиться многие десятилетия, как, например, в случае рака или генетических заболеваний (врожденных дефектов). За десятилетия достаточно несложно утратить связь с наблюдаемыми, поскольку они переезжают, женятся, меняют работу и т.п.
• Ошибочный диагноз и/или неверно задокументированные причины смерти в результате ошибки или преднамеренно.
• Неопредленности, возникающие в результате взаимодействия между экологическим воздействием или поражением на рабочем месте и другими факторами, как например, пол, возраст, диета, курение и другие вредные привычки.
• Синергетические эффекты. Часто население поражается более чем одним возбудителем заболевания и их синергетические эффекты, как правило, недостаточно известны. Иногда люди подвергаются воздействию одинаковых возбудителей, имеющих разные источники происхождения.
• Чрезмерный фокус на раковых заболеваниях. Такие нераковые последствия воздействия нерадиоактивных токсичных веществ, как врожденные дефекты и поражение иммунной системы, только сейчас начинают осознаваться и, поэтому, им зачастую не придается должного значения.
• Наличие небольших групп пораженного населения в сочетании с низкой фоновой заболеваемостью многими болезнями ведет к значительным статистическим неопределенностям. Поскольку имеются большие различия в том, как различные группы населения реагируют на возбудители заболеваний, эпидемиологическое исследование должно охватывать значительное количество людей, чтобы определить с разумной вероятностью присутствие дополнительного риска.
• По ряду причин, обычно присутствуют значительные неопредленности относительно медицинских последствий низких уровней радиационного воздействия и других токсичных материалов.