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国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構（略称、量研、QST）に属する研究機関。略称、放医研。英語名はNational Institute of Radiological Sciences、略称はNIRS。緊急被曝（ひばく）医療への教育訓練・人材育成、被曝医療と線量評価、規制科学に資する技術研究開発、放射線影響研究の基礎と臨床を行う。
1957年（昭和32）科学技術庁所管の国立研究所として放射線医学総合研究所が発足。2001年（平成13）1月の中央省庁再編により文部科学省に移管、同年4月に独立行政法人となった。2015年4月、独立行政法人から国立研究開発法人に移行。2016年4月、放射線医学総合研究所および日本原子力研究開発機構の量子ビーム応用研究部門と核融合研究開発部門が再編統合され、量子科学技術研究開発機構が発足。2019年4月の組織再編により、放射線医学総合研究所は量子医学・医療部門の一部となった。さらに2021年（令和3）4月には、放射線医学総合研究所は放射線医学研究所に名称が変更され、量子生命・医学部門（量子医学・医療部門と量子生命科学領域が統合）の一部となった。
放射線医学研究所は、被ばく医療部（被曝患者の受入診療など）、放射線緊急事態対応部（原子力災害等における現地への緊急被曝医療支援チーム等の派遣など）、福島再生支援研究部（原子力災害からの復興を放射線科学研究の面から支援、放射性物質の環境中の動態、ヒトや生態系への影響等の調査・研究）、放射線規制科学研究部（放射線防護に関する科学的知見の収集・活用、放射線のリスク評価・低減化・医療被曝評価）などからなる。所在地は千葉市稲毛（いなげ）区穴川（あながわ）。