Le rayonnement ionisant affecte le tissu vivant au niveau cellulaire en brisant des liens chimiques et en changeant la structure des molécules. Les trois situations suivantes peuvent survenir comme conséquence de la radioexposition :
Si le dommage causé par la radioexposition est tel que les cellules sont en mesure de se réparer d'elles-mêmes, la radioexposition n'a aucun effet sur l'organisme.
La radioexposition peut entraîner la mutation des cellules, c'est-à-dire que le rayonnement peut avoir une incidence sur le code génétique d'une cellule, à savoir son acide désoxyribonucléique (ADN). Cela produit des anomalies si la cellule se divise et se multiplie. Dans ce cas, les trois résultats suivants peuvent se produire :
Dans les deux premiers cas, il n'existe aucun effet sur l'organisme. Dans le troisième cas, le dysfonctionnement cellulaire peut causer des cancers, l'infertilité et des effets génétiques.
Les cas suivants peuvent se produire lorsque des cellules ont été détruites par la radioactivité :
La figure ci-dessous constitue un schéma des divers effets de la radioactivité sur une cellule.

Des doses élevées de rayonnement peuvent endommager et détruire de nombreuses cellules, ce qui cause des dommages graves ou même la mort pour un organisme. La gravité de ces effets augmente proportionnellement à la dose de rayonnement reçue. Il s'agit d'effets primaires ou déterministes parce qu'ils peuvent représenter un résultat direct de la radioexposition. Les effets déterministes chez les personnes peuvent comprendre les brûlures, les cataractes, la stérilité et dans les cas extrêmes, la mort.
Parfois, il est impossible d'observer immédiatement les effets d'une dose de rayonnement. Dans ce cas, on ne peut établir un lien direct entre la dose de rayonnement et ses effets éventuels. Autrement dit, c'est la probabilité plutôt que la gravité des effets qui augmente. Il s'agit d'effets tardifs ou stochastiques. Les effets stochastiques de faibles doses de rayonnement peuvent comprendre une incidence accrue du cancer chez les personnes exposées et la possibilité d'effets génétiques chez leurs enfants.
Chacun sur la terre est exposé continuellement à de faibles niveaux de rayonnement ionisant se produisant naturellement. L'exposition au rayonnement ionisant produit par l'homme a lieu lors de l'utilisation de rayons X et de la médecine nucléaire, par exemple. En outre, les travailleurs dans certaines industries connaissent un risque légèrement plus élevé d'exposition au rayonnement ionisant, notamment les mineurs, les radiographes et ceux qui travaillent dans l'industrie électronucléaire. La Commission canadienne de sûreté nucléaire est responsable d'établir les limites des doses de rayonnement pour ces travailleurs au Canada.
L'organigramme ci-dessous illustre les effets sur la santé des doses de rayonnement ionisant :
