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Cuando la materia absorbe radiación, su energía puede causar ya sea excitación o ionización de ella. Se produce excitación cuando la radiación absorbida excita los electrones a estados de mayor energía o aumentan el movimiento de las moléculas haciéndolas moverse, vibrar o girar. Ocurre ionización cuando la radiación elimina un electrón de un átomo o molécula. En general la radiación que causa ionización, llamada radiación ionizante, es mucho más dañina para los sistemas biológicos que la radiación que no la causa, llamada radiación no ionizante.

Casi todos los tejidos vivos contienen al menos un 70% de agua en masa. Cuando se irradia en tejido vivo, la mayor parte de la radiación es absorbida por las moléculas de agua. Por tanto, es común definir la radiación ionizante como radiación capaz de ionizar el agua, un proceso que requiere una energía mínima de 1216 Kj/mol. Los rayos alfa, beta y gamma (lo mismo que los rayos X y la radiación ultravioleta de más alta energía) poseen una energía que sobrepasa esta cantidad y son por tanto formas de radiación ionizante.

Cuando una radiación ionizante pasa a través de un tejido vivo, se eliminan electrones de las moléculas de agua por lo que se forman iones H2O+ muy reactivos. Un ión H2O+ puede reaccionar con otra molécula de agua para formar un ión H3O+ y una molécula neutra OH:

H2O+ + H2O => H3O+ + OH

La inestable y muy reactiva molécula de OH es un ejemplo de radical libre, una sustancia con uno o más electrones no apareados. La presencia del electrón no apareado se suele destacar escribiendo la especie con un solo punto OH. En las células y tejidos, estas partículas pueden atacar una multitud de biomoléculas circundantes para producir nuevos radicales libres, los cuales, a su vez, atacan todavía más compuestos. Así pues, la formación de un solo radical libre puede iniciar un gran número de reacciones químicas que son capaces en último término de perturbar las operaciones normales de las células. El daño que produce la radiación depende de la actividad y energía de la misma, de la duración de la exposición, del área del cuerpo afectada y de si la fuente está dentro o fuera del cuerpo. Fuera del cuerpo, los rayos gamma son particularmente dañinos, porque penetran los tejidos humanos con gran eficiencia como lo hacen los rayos X. En consecuencia, el daño que causan no está limitado a la piel. En cambio, la piel detiene casi todos los rayos alfa, y los rayos beta solo consiguen penetrar aproximadamente 1 cm. más halla de la superficie de la piel. Por lo tanto, ni uno ni otro son tan peligrosos como los rayos gamma a menos que la fuente de radiación entre de alguna manera en el cuerpo. Dentro del organismo, los rayos alfa son particularmente peligrosos porque transfieren su energía al tejido circundante e inician daños considerables. En general, los tejidos que muestran mayor daño a consecuencia de la radiación son los que se reproducen con rapidez, como la médula ósea, los tejidos formados de sangre y los nódulos linfáticos. El efecto principal de una exposición prolongada a dosis bajas de radiación es la inducción del cáncer. El cáncer es causado por daños al mecanismo regulador del crecimiento, lo que induce a la célula a reproducirse sin control. La leucemia, que se caracteriza por el crecimiento excesivo de glóbulos blancos de la sangre, es probablemente el principal de cáncer asociado a la radiación.

En vista a los efectos biológicos que nombramos, es importante determinar si algún nivel de radiación no es peligroso para los organismos. Desafortunadamente, los intentos por fijar normas realistas se han visto obstaculizadas por la falta de comprensión de los efectos de la exposición de larga duración a la radiación. Los científicos que se ocupan de fijar normas sanitarias han aplicado la hipótesis de que los efectos de la radiación son proporcionales a la exposición incluso en dosis bajas. Se supone que cualquier cantidad de radiación causa cierto riesgo de lesión y los efectos de las dosis altas se extrapolan a las más bajas. En cambio, otros científicos que consideran que existe un umbral bajo el cual la radiación representa un riesgo. Hasta que las pruebas científicas permitan definir la cuestión con cierta confianza, es más seguro suponer que incluso los niveles bajos de radiación plantean ciertos riesgos.

Lo que si podemos decir al respecto es que la radiación absorbida por un cuerpo se mide en Grays (Gy), un Gy

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