環境中的氚可通過物理、化學交換和生物轉化等方法在自然界中循環。核素氚釋放到環境中後，經氧化反應和同位素交換反應轉化為氚水，並加入自然界水的循環，因此大氣、江河、湖海、土壤、植物和動物體內都存在氚。氚水中的氚又能結合到植物和動物有機分子中去，形成有機結合氚。環境中的無機和有機結合氚可通過呼吸道和各種食物鏈進入人體。研究資料表明：陸生動物體內有機結合氚的20%來自飲水，55%來自土壤中的水，20%來自空氣中的氚水。人體中有機結合氚1/3來自動物性食物，2/3來自植物性食物。
由放射性污染源釋入環境的氚，基本上隨水循環而遷移。不過，污染源的性質對於氚的初始環境行為有較大的影響。如果污染源以氣體或者水蒸氣的形式向環境排放氚，那么氚將極大地分散於大氣介質，在這種場合下，氚的沉積速率主要取決於氣候因素，降水過程或成為氚沉積到地球表面的主要途徑；若污染源是以液體排放形式排放，那么，氚將以HTO的形式被地表水大量稀釋，並隨同地表水一起參與物理分散、滲透和蒸發等發散和循環過程。
氚在環境中呈現的生態行為和其他大多數放射性核素有明顯的不同之處。在水域中，對大多數放射性核素來說，沉積物和生物體表面上的吸附現象是司空見慣的，但氚卻不存在被吸附的傾向。根據這一特性，在水文學上氚水被認為是一種良好的放射性示蹤劑。
氚很容易通過根、莖和葉進入植物體，動物體可通過呼吸、攝食或皮膚直接吸收等途徑從環境中攝入氚。然而，與其他許多放射性核素不一樣，生物組織很少對氚有濃集作用，因此，在生物體的各部分組織中，氚的濃度幾乎是很均勻的，並且與周圍空氣和水介質保持相同的水平。
