Učinci zračenja na žive stanice variraju, ovisno o vrsti, intenzitetu izloženosti i stanici. Za naše potrebe, “zračenje” se odnosi na emisiju ionizirajuće energije, kao što su neutroni, fotoni i visokoenergetski nabijene čestice poput gama zraka. Postoji niz različitih vrsta, uključujući kozmičko zračenje iz svemira, zemaljsko zračenje koje emitiraju radioaktivni elementi u zemlji i ono koje je napravio čovjek, kao što je ono koje se oslobađa detonacijom atomske bombe.
Žive stanice se zapravo nose s priličnom količinom zračenja; oko 360 millirema godišnje u Sjedinjenim Državama, na primjer. Miliremi su, uzgred, jedinice doze; koriste se za izračunavanje rezultata izloženosti stvarima poput rendgenskih zraka u bolnicama. Razina smrtonosne izloženosti varira između pojedinaca i ovisi o vrsti izloženosti; jednokratno izlaganje je smrtonosno pri oko 300,000 milirema, na primjer, dok se veće doze mogu tolerirati ako su rezultat dugotrajne izloženosti tijekom vremena.
Na niskim razinama, oštećenja od zračenja mogu se popraviti živim stanicama bez štetnih učinaka. Veće doze mogu uzrokovati da stanica postane sterilna, ili mogu ometati sposobnost stanice da se pravilno reproducira, uzrokujući mutacije. Mnogi karcinomi, na primjer, povezani su s izlaganjem zračenju koje zbunjuje stanice, uzrokujući da mutiraju i brzo se razmnožavaju. Pri iznimno visokim dozama, zračenje uzrokuje smrt stanice, kroz proces koji se naziva termalizacija, koji u osnovi kuha stanicu iznutra prema van.
Izlaganje može uzrokovati oštećenje stanica na dva različita načina. U prvom smislu, izravno djelovanje zračenja, ono izravno šteti molekuli; kao na primjer kada zračenje interferira s molekulom DNK, uzrokujući oštećenje stanice. Također može uzrokovati neizravnu štetu, ionizirajući molekule, pretvarajući ih u potencijalno otrovne spojeve koji u interakciji sa zdravim molekulama uzrokuju štetu. Kisik, vodik, dušik i ugljik vrlo su osjetljivi na ionizaciju; nažalost za žive stanice, ti elementi čine veliki dio živog organizma.
Pri vrlo visokim dozama, zračenje će uzrokovati ogromna oštećenja organa i tkiva koja su preopsežna da bi se tijelo moglo popraviti. To uzrokuje akutni radijacijski sindrom, također poznat kao bolest zračenja. Ovo stanje je često izuzetno bolno i neugodno, a dovodi do smrti. Pri nižim dozama, uzrokovana šteta može biti na suptilnijoj razini i može se manifestirati kao rak ili urođenim manama uzrokovanim oštećenjem reproduktivnog tkiva kasnije u životu. Neke su stanice posebno osjetljive na oštećenja, osobito stanice koje se brzo razmnožavaju; zato trudnice moraju biti oprezne oko izvora zračenja, jer ono može oštetiti fetus u razvoju.
Jedan od opasnijih uzroka zračenja su radioaktivni izotopi, jer će se ti izotopi nakupljati u tijelu i emitirati zračenje, za razliku od jednokratnog izlaganja radioaktivnim česticama poput onih koje emitiraju rendgenske zrake. Iz tog razloga, ljudi koji rade oko radioaktivnih izotopa moraju biti vrlo oprezni, a oni koji se koriste u postupcima kao što je medicinsko snimanje imaju vrlo kratak poluživot, što znači da se brzo raspadaju i izražavaju se u tijelu.