Quebras duplas do DNA nuclear conduzem à perda irreversível da integridade física da célula e à eventual morte celular.

Na terapia clínica, o dano mais comumente observado é o diretamente ionizante via intermediários de radicais livres formados a partir da radiólise da água celular.

O mecanismo terapêutico para a radiação na radioterapia baseia-se na capacidade intrínseca das células de reparar os danos e na capacidade do oncologista de radiação de tirar proveito de qualquer separação geométrica entre tecidos malignos e não malignos.

A sobrevivência das células, após a exposição, pode ser expressa em termos de uma curva exponencial de sobrevivência versus dose.

Danos letais, que devem ser superados com cada fração da radioterapia, causam o ombro inicial da curva de sobrevivência versus dose.