پرتوهای گاما، اشعه ایکس و الکترون های شتاب داده شده به عنوان پرتوهای مهم یونیزه کننده شناخته شده اند، زیرا این پرتوها از مواد غذایی، بافت های بیولوژیکی و خیلی از اجسام دیگر عبور کرده و طی انجام واکنش با مولکول ها، آن ها را یونیزه کرده یا به بیان دیگر از مواد خنثی به لحاظ بار الکتریکی، یون مثبت و منفی به وجود می آورند.

این ذرات یا یون های ناپایدار به سرعت تبدیل به رادیکال های آزاد می شوند که با واکنش پذیری بسیار بالا، به سهم خود با یکدیگر و یا مولکول های تغییر نیافته واکنش می دهند. تاثیر این واکنش در مولکول های گیاهان سبب جلوگیری از جوانه زدن و رسیدگی زودرس می گردد.

اگر این مولکول، مولکول های بزرگی مثل دی اکسی ریبونوکلییک اسید یا DNA باشد، مخصوصا برای شکسته شدن به مولکول های کوچک تر بسیار مستعد است. لذا این تغییرات شیمیایی سبب تخریب DNA می شود که این تخریب از تقسیم سلول های زنده جلوگیری می کند، لذا مرگ ارگانیسم های تابش دیده مثل قارچ ها، انگل ها، حشرات، لاروها، باکتری ها، میکروب ها، کپک ها و ویروس ها را سبب می گردد. هرچه اورگانیسم ساده تر باشد میزان دز بیشتری برای کشتن آن لازم است.

مثلا مولکول های DNA شامل اطلاعات ژنتیکی انسان، تمام وظایف وعملکردهای شیمیایی و فیزیکی سلول های انسان را کنترل می کنند. حال اگر این مولکولها صدمه ببینند، مولکول های DNA در اکثر موارد قادر هستند آنرا خودترمیم کنند، اما گاهی اوقات لطمات وارد شده به مولکول های DNA به حدی است که بر توانایی آنها در رفع اشکال و یا ادامه کار آنها برای انتقال اطلاعات به سلول های جدید تاثیر جدی می گذارند.

بدن انسان از عضوهای زیادی تشکیل یافته است، که هر عضو آن از سلول های اختصاصی ساخته شده است. پرتوهای یونیزه کننده بالقوه می توانند بر عملکرد طبیعی این سلول ها تاثیر بگذارند. بنابراین بحث تاثیرات بالقوه ی بیولوژیکی و مخاطرات ناشی از پرتوهای یونیزه کننده می تواند بسیار حائز اهمیت باشد.

تاثیر بیولوژیکی از زمان یونیزه شدن اتمها شروع می شود. در واقع مکانیزمی که صدمات بافت انسانی یا مواد دیگر را باعث می شود، همان یونیزه شدن اتمهای ماده است. پرتوهای یونیزه کننده که توسط بافتهای موجود زنده یا غیر زنده جذب می شود، معمولا به اندازه کافی انرژی دارندکه الکترون ها را از اتمهای مولکول های آن بافت خارج سازند. لذا وقتی که الکترون های به شراکت گذاشته شده بین اتمها در مولکول توسط پرتو یونیزه کننده جابه جا می شوند، پیوند مربوطه شکسته شده و مولکول به چند قسمت تبدیل می شود. این در واقع پایه و اصل مفهوم صدمه ناشی از پرتوهاست. زمانی که پرتوهای یونیزه کننده با سلول ها واکنش می دهند ممکن است، این اندرکنش قسمت حساس و اساسی و یا قسمت غیر حساس سلول را صدمه بزند. مثلا این امر در مورد کروموزوم ها که حساس ترین قسمت سلول ها هستند، مصداق پیدا می کند. این اجزای بیولوژیکی به دلیل برداشتن اطلاعات و دستورات ژنتیکی و نیاز به انجام وظایفشان و کپی کردن آن برای منظورهای تولید زودتر از بقیه می توانند دچار اشکال گردند.

مشاهدات عینی

در حدود 60 سال پیش مشاهده شد که پرتوهای یون ساز، مانند ان پرتوهایی که بخشی از محیط زیست مارا تشکیل می دهند  باعث جهش های ژنتیکی در حشرات و میوه می شود. از ان زمان تاکنون، مطالعات گسترده بر روی گیاهان و حیوانات نشان داده است که تابش های هسته ای می توانند جهش های ژنتیکی مشابهی را بوجود آورند. ولی در شواهد آسیب های ژنتیکی ناشی از تشعشع، حتی در مورد دزهای زیادی که بازماندگان بمب اتمی در ژاپن دریافت نموده اند، چنین اثراتی مشاهده نشده است.

در یک سلول گیاه یا حیوان، ماده DNA که اطلاعات ژنتیکی مورد نیاز برای توسعه و تغییرات سلول را حمل می کند، می تواند تحت تاثیر پرتوهای هسته ای قرار گیرد و تغییراتی در بازسازی و تقسیم سلولی حاصل کند. بیشتر آسیب های مربوط به DNA قابل ترمیم اند، ولی در تعداد کمی از سلول ها، DNA به طور دائم و پایدار دچار تغییر می شود.

این مسئله باعث مرگ سلول یا گسترش سرطان و یا در صورتی که این سلول مربوط به بخشی از بافت غدد جنسی باشد،  سبب تقویت ژنتیکی در نسل های آینده می گردد. بیشتر اینگونه تغییرات جهشی سلول ها زیان آورند و درصد بسیار ناچیزی از آنها بهبود می یابند. سطح تابش های هسته ای مجاز برای افراد عادی و کارکنان صنایع هسته ای در حدی  است که اثرات ژنتیکی مربوط به کارکرد نیروگاه های هسته ای نا محسوس باشد، که تقریبا نادیده گرفته می شود.

امروزه یکی از فاکتورهای تعیین کننده سلامت محیط هسته ای اثراتی است که تشعشعات بر تغییرات ژنتیکی و زیستی دارند و این مهم در طراحی های واحدهای هسته ای با نمونه گیری از سیستم های زنده محیطی در معر تابش های هسته ای بررسی می شود.