Helium-3 didapati sebagai nuklid azali yang terlepas dari kerak Bumi ke atmosfera dan seterusnya ke angkasa lepas selama berjuta-juta tahun. Helium-3 juga dikatakan nuklid nukleogenik dan kosmogenik semula jadi. Nuklid-nuklid ini dibentuk oleh pembelahan spontan dan oleh tindak balas nuklear dengan sinar kosmos. Sesetengah helium-3 yang ditemui dalam atmosfera Bumi merupakan tinggalan ujian senjata nuklear di atmosfera dan di bawah laut yang dijalankan oleh tiga kuasa besar dunia sebelum 1963. Kebanyakannya datang daripada pereputan tritium (hidrogen-3) dengan separuh hayat 12.3 tahun yang mereput kepada helium-3. Tambahan lagi, sesetengah reaktor nuklear (di atas darat atau di dalam kapal) melepaskan sedikit helium-3 dan tritium ke atmosfera secara berkala, terutamanya apabila ada sesuatu yang tidak kena. Bencana reaktor nuklear di Chernobyl melepaskan sejumlah besar tritium ke atmosfera, dan masalah-masalah kecil menyebabkan pelepasan yang sedikit. Sejumlah besar tritium dan helium-3 telah dihasilkan secara sengaja dalam reaktor-reaktor nuklear kebangsaan melalui penyinaran radiasi kepada litium-6. Tritium ini digunakan untuk "menguatkan" senjata nuklear, dan sebahagiannya akhirnya terlepas sewaktu penghasilan, pengangkutan atau penyimpanannya. Oleh itu, helium-3 memasuki atmosfera melalui pelepasan secara terus dan juga melalui pereputan radioaktif tritium. Sejumlah besar kedua-dua gas ini telah dihasilkan dan dilepaskan oleh apa yang sebelum ini Kesatuan Soviet, Rusia, United Kingdom dan Republik Perancis.