Classiquement, pour effectuer un dosage radio-immunologique, une quantité connue d’un antigène est rendue radioactive, fréquemment en le marquant avec des isotopes gamma-radioactifs de l’iode, tels que le 125-I, attachés à la tyrosine. Cet antigène radiomarqué est ensuite mélangé à une quantité connue d’anticorps pour cet antigène, et par conséquent, les deux se lient spécifiquement l’un à l’autre. Ensuite, un échantillon de sérum d’un patient contenant une quantité inconnue de ce même antigène est ajouté. Cela provoque la concurrence de l’antigène non marqué (ou « froid ») du sérum avec l’antigène radiomarqué (« chaud ») pour les sites de liaison aux anticorps. À mesure que la concentration d’antigène « froid » augmente, une plus grande partie de celui-ci se lie à l’anticorps, déplaçant le variant radiomarqué et réduisant le rapport antigène radiomarqué lié aux anticorps à l’antigène radiomarqué libre. Les antigènes liés sont ensuite séparés et la radioactivité de l’antigène libre (non lié) restant dans le surnageant est mesurée à l’aide d’un compteur gamma.
Cette méthode peut être utilisée pour n’importe quelle molécule biologique en principe et n’est pas limitée aux antigènes sériques, et il n’est pas non plus nécessaire d’utiliser la méthode indirecte de mesure de l’antigène libre au lieu de mesurer directement l’antigène capturé. Par exemple, s’il n’est pas souhaitable ou impossible de radiolabel l’antigène ou la molécule cible d’intérêt, une RIA peut être effectuée si deux anticorps différents qui reconnaissent la cible sont disponibles et que la cible est suffisamment grande (par exemple, une protéine) pour présenter de multiples épitopes aux anticorps. Un anticorps serait radiomarqué comme ci-dessus tandis que l’autre resterait non modifié. La RIA commencerait par permettre à l’anticorps « froid » non marqué d’interagir et de se lier à la molécule cible en solution. De préférence, cet anticorps non marqué est immobilisé d’une manière ou d’une autre, tel que couplé à un cordon d’agarose, revêtu sur une surface, etc. Ensuite, l’anticorps radiomarqué « chaud » est autorisé à interagir avec le premier complexe de molécules anticorps-cible. Après lavage intensif, la quantité directe d’anticorps radioactifs liés est mesurée et la quantité de molécule cible quantifiée en la comparant à une quantité de référence dosée en même temps. Cette méthode est similaire en principe à la méthode ELISA sandwich non radioactive.