Os efeitos biológicos das radiações ionizantes podem ser classificados quanto ao seu mecanismo de ação, podendo este ser direto ou imediato.

Na ação direta, a radiação interage com uma molécula de água liberando o radical hidroxila (OH) que, por sua vez, interage diretamente com o DNA (ácido desoxirribonucleico) produzindo um dano que pode resultar em anormalidades cromossômicas.

O processo de interação da radiação ionizante com a molécula de água que produz componentes reativos, como os radicais livres, não é denominado radiólise.

As reações teciduais, resultantes da interação da radiação ionizante com os tecidos, são sempre imediatas.

Órgãos como os testículos, os ovários, o cristalino e a medula óssea são considerados mais radiossensíveis, apresentando, assim, limiares de dose para o surgimento de reações teciduais.