Quando le radiazioni ionizzanti, quindi molto energetiche, interagiscono con i tessuti viventi, trasferendo la loro energia alle molecole che costituiscono le strutture cellulari, le funzioni della cellula possono essere temporaneamente o permanentemente danneggiate, oppure la cellula può essere completamente distrutta. La gravità del danno dipende dal tipo e dalla dose di radiazione, dalla velocità a cui la dose è stata assorbita e dalla sensibilità alle radiazioni del tessuto interessato. Gli effetti sono gli stessi sia che la fonte radioattiva sia posta all'esterno che all'interno del corpo.

Benché gli effetti delle radiazioni ionizzanti siano cumulativi, una dose elevata di radiazioni, emessa rapidamente, può a volte differire, nei danni prodotti, da una stessa dose, liberata lentamente. L'esposizione prolungata è, infatti, meglio tollerata poiché alcuni dei danni possono essere riparati da appositi sistemi cellulari, quando l'esposizione è ancora in corso. Se la dose è, tuttavia, sufficiente a provocare effetti clinici gravi, la riparazione può in ogni caso non essere sufficiente. L'esposizione a dosi di radiazioni, insufficienti a causare la distruzione delle cellule, può comunque indurre modificazioni cellulari che possono avere effetti clinici rilevabili solo dopo alcuni anni.