Die biologische Wirkung der Strahlung ist abhängig von der Art und Qualität der Strahlen, dem Gewebetyp, der Dosis, der Dosisfraktionierung, dem Zellzyklus, dem Sauerstoffgehalt und der Temperatur im Gewebe. Die höchste Strahlenempfindlichkeit haben Zellen in der Mitose. DNA-Doppelstrangbrüche können zu Mutationen oder zum Zelltod führen. Eine Fraktionierung der Gesamtdosis in kleinere Einzeldosen erhöht bei der Strahlentherapie die Überlebensraten der Zellen von gesundem Gewebe im Vergleich zum Tumorgewebe. Es werden deterministische und stochastische Strahlenschäden unterschieden. Für die Wahrscheinlichkeit stochastischer Schäden gilt die linear no threshold (LNT) Hypothese. Die durchschnittliche Strahlenbelastung einer in Deutschland lebenden Person beträgt 3,9 mSv pro Jahr effektive Dosis (2,1 mSv natürliche Strahlenquellen, 1,8 mSv technische bzw. medizinische Maßnahmen). Ein großer Anteil der natürlichen Strahlenbelastung (1,1 mSv pro Jahr) wird durch Radon-222 verursacht.
