Las radiaciones ionizantes pueden causar daño molecular y celular por vía directa o indirecta. Un impacto directo sobre una molécula de DNA puede causar la rotura de una unión interatómica que no se repara antes de la división celular. Debido a que gran parte de la célula está formada por agua, este tipo de daño directo no es tan probable como el daño indirecto, que ocurre por la ionización del agua y la subsiguiente producción química de radicales libres altamente reactivos.