Efectele radiațiilor asupra celulelor vii variază, în funcție de tip, de intensitatea expunerii și de celulă. Pentru scopurile noastre, „radiația” se referă la o emisie de energie ionizantă, cum ar fi neutroni, fotoni și particule încărcate cu energie înaltă, cum ar fi razele gamma. Există o serie de tipuri diferite, inclusiv radiația cosmică din spațiu, radiația terestră care este emisă de elementele radioactive din pământ și cea care este creată de om, cum ar fi cea eliberată de detonarea unei bombe atomice.
Celulele vii se ocupă de fapt cu o cantitate echitabilă de radiații; în jur de 360 de milirem pe an în Statele Unite, de exemplu. Millirems, de altfel, sunt unități ale unei doze; sunt folosite pentru a calcula rezultatele expunerii de la lucruri precum razele X din spitale. Nivelul de expunere letal variază între indivizi și depinde de tipul de expunere; o singură expunere este letală la aproximativ 300,000 de miliremi, de exemplu, în timp ce dozele mai mari pot fi tolerate dacă sunt rezultatul expunerilor prelungite în timp.
La niveluri scăzute, daunele cauzate de radiații pot fi reparate de celulele vii fără efecte negative. Dozele mai mari pot face ca o celulă să devină sterilă sau pot interfera cu capacitatea celulei de a se reproduce corect, provocând mutații. Multe tipuri de cancer, de exemplu, sunt legate de expunerea la radiații care confundă celulele, provocându-le mutații și reproducerea rapidă. La doze extrem de mari, radiațiile provoacă moartea celulelor, printr-un proces numit termicizare, care practic gătește o celulă din interior spre exterior.
Expunerea poate provoca leziuni celulare în două moduri diferite. În primul sens, acțiunea radiației directe, dăunează direct unei molecule; ca, de exemplu, atunci când radiațiile interferează cu o moleculă de ADN, provocând leziuni celulare. De asemenea, poate provoca daune indirecte, prin ionizarea moleculelor, transformându-le în compuși potențial toxici care interacționează cu molecule sănătoase și provoacă daune. Oxigenul, hidrogenul, azotul și carbonul sunt toate foarte vulnerabile la ionizare; din nefericire pentru celulele vii, aceste elemente alcătuiesc o mare parte dintr-un organism viu.
La doze foarte mari, radiațiile vor cauza leziuni masive ale organelor și țesuturilor, care sunt prea extinse pentru a fi reparate de organism. Acest lucru cauzează sindromul acut de radiații, cunoscut și sub numele de boala de radiații. Această condiție este adesea extrem de dureroasă și neplăcută și duce la moarte. La doze mai mici, daunele cauzate pot fi la un nivel mai subtil și se pot manifesta ca cancer sau prin malformații congenitale cauzate de deteriorarea țesuturilor reproductive mai târziu în viață. Unele celule sunt deosebit de vulnerabile la deteriorare, în special celulele care se înmulțesc rapid; Acesta este motivul pentru care femeile însărcinate trebuie să aibă grijă la sursele de radiații, deoarece acestea pot afecta fătul în curs de dezvoltare.
Una dintre cele mai periculoase cauze ale radiațiilor sunt izotopii radioactivi, deoarece acești izotopi se vor acumula în organism și vor emite radiații, în contrast cu expunerea unică la particulele radioactive precum cele emise într-o radiografie. Din acest motiv, oamenii care lucrează în jurul izotopilor radioactivi trebuie să fie foarte atenți, iar cei utilizați în proceduri precum imagistica medicală au timpuri de înjumătățire foarte scurte, ceea ce înseamnă că se degradează rapid și sunt exprimate de organism.