Le radiazioni ionizzanti (quelle tanto energetiche da poter riuscire a spezzare legami chimici) come quelle dovute ad un'esplosione atomica a, più semplicemente, ad una lastra di raggi X, se in grosse quantità, possono provocare seri danni alle cellule e, successivamente, anche all'intero organismo. Le azioni che le radiazioni possono avere sulla cellula possono essere di due tipi: dirette ed indirette.

• L'azione diretta si ha quando la radiazione che attraversa la cellula vivente ionizza ed eccita gli atomi e le molecole della struttura cellulare dando luogo a frammenti dotati di cariche elettriche chimicamente instabili.
• L'azione indiretta si ha quando i radicali e gli ioni interagiscono con la cellula stessa dando luogo ad alterazioni.

Il danno può essere sia di natura diretta che indiretta. Le conseguenze più sfavorevoli si verificano in genere nel nucleo, sebbene anche il danno al citoplasma può condurre a notevoli alterazioni della cellula. Le cellule, all'infuori di alcune eccezioni, sono molto piccole hanno un diametro dell'ordine di 10-100 micron; esse differiscono l'una dall'altra sia per forma che composizione e, quindi, anche per funzione, pertanto si presuppone che il loro comportamento rispetto alle radiazioni sia diverso da un tipo all'altro: si parla, perciò, di radiosensibilità specifica. La radiosensibilità è direttamente proporzionale alla capacità di riprodursi e varia in proporzione inversa con il grado di differenziazione. Le cellule che si riproducono più rapidamente sono anche le più sensibili, inoltre quelle in via di formazione possono essere danneggiate più facilmente di quelle già formate. Gli effetti biologici da radiazioni ionizzanti possono raggrupparsi in tre classi di differenti caratteristiche cliniche e di diverso significato sanitario generale :

• Effetti immediati sull'individuo irradiato (effetti somatici non stocastici) ;
• Effetti tardivi sull'individuo irradiato (effetti somatici stocastici) ;
• Effetti genetici (effetti stocastici).