(1)物理及生化过程：放射线进入人体组织后与分子和原子发生相互作用，发生电离效应，直接破坏细胞的重要分子脱氧核糖核酸(DNA)，还能通过水的分解产生对细胞有毒物质，放射线导致的一系列物理和化学反应最后使细胞失去分裂的能力而死亡。
(2)细胞及细胞动力学：细胞增殖分裂要经过一个增殖周期，即G1期(DNA合成前期)，S期(DNA合成期)，G2期(DNA合成后期)，M期(有丝分裂期)。放射线可以破坏这个周期的顺利进行。射线对细胞周期的作用，在大部分哺乳动物细胞，以M期最敏感。人体白细胞在Gz期的敏感度4倍于G。期，细胞经过放射后不一定都死亡，部分受到损伤而能够修复。
