Quando aplicada aos tecidos, a radiação interage de duas formas distintas: de forma direta, atingindo os componentes celulares do DNA, o que responde por 30% do efeito biológico, e de forma indireta, produzindo radicais livres a partir da água intracelular, responsável por 70% dos danos. O principal radical livre resultante dessa interação é a hidroxila (OH).

Os tecidos tumorais têm alta capacidade de se recuperarem dos danos subletais e potencialmente letais induzidos pela radiação.

Não há diferença na resposta radiobiológica entre os tecidos normais e tumorais, mas há diferença de resposta entre os diferentes tecidos normais: tecidos de resposta rápida e tecidos de resposta lenta.

O fracionamento da dose empregada no tratamento radioterápico está embasado no princípio dos quatro “R” da radiobiologia: reparo, redistribuição, repopulação e reoxigenação. A radiossensibilidade não pode ser considerada como um quinto “R” nesse princípio.

O hiperfracionamento consiste no uso de doses menores por fração (110 a 200 cGy) e utilizá-lo não assegura o emprego de dose total final maior no mesmo período, caso fosse realizado o tratamento convencional.