Острый эффект поражения может варьировать от выраженного некроза при больших дозах (>10 Гр), гибели пролиферирующих клеток при средних дозах (от 1 до 2 Гр) до отсутствия гистопатологического эффекта при дозах менее 0,5 Гр. При таких низких дозах происходит повреждение внутриклеточных структур, особенно ДНК; однако, в большистве клеток активизируются адаптационные и репаративные механизмы ответа на низкие дозы радиации. В выживших клетках могут наблюдаться отсроченные (поздние) эффекты ионизирующего излучения: мутации, хромосомные абберации, генетическая нестабильность. Эти генетически поврежденные клетки могут стать основой возникновения злокачественных опухолей; наиболее сильно поражаются быстро растущие ткани. Большинство опухолей индуцируются ионизирующим излучением мощностью более 0,5 Гр. Острая гибель клеток, особенно эндотелиальных, может привести к отсроченному нарушению функции органов через несколько месяцев и даже лет после воздействия излучения. В общем, это отсроченное повреждение возникает в результате нескольких патологических процессов: атрофии паренхиматозных органов, ишемии в результате поражения сосудов и фиброза.