电离辐射的生物效应主要对DNA的损伤所致，DNA是关键靶。任何形式的辐射，X射线或γ射线，带电或不带电粒子被生物物质吸收后都有可能与细胞的关键靶DNA直接发生作用，靶原子本身的原子可以被电离或激发从而启动一系列导致生物变化的事件，这被称为辐射的直接作用。此外，辐射也可与细胞内的其他原子或分子（特别是水）相互作用，产生自由基，这些自由基可以扩散到足够远，达到并损伤关键靶DNA，这被称为电离辐射的间接作用。