Le corps humain se compose de cellules susceptibles de se reproduire. La reproduction est un processus continu présent au sein de chaque organisme vivant. Un rayonnement ionisant qui pénètre dans une cellule risque d'affecter ce processus de reproduction en provoquant des réactions chimiques anormales. Certaines de ces réactions peuvent aboutir à la mort de la cellule et d'autres à sa survie, mais sous une forme modifiée (mutation).
Les effets des rayonnements ionisants varient en fonction de la dose reçue mais aussi en fonction de la source, du mode d’exposition et de la cible.
En fonction de la dose reçue lors de l'exposition aux rayonnements ionisants, on distingue entre deux types d’effets biologiques : les effets aigus ou déterministes et les effets à long terme ou probabilistes/stochastique.