Ionisoivalla säteilyllä on monia vaikutuksia saamastaan annoksesta riippuen. Ionisoiva säteily on joko aaltoja tai hiukkasia, jotka johtavat siihen, että atomit menettävät elektroninsa ja ionisoivat atomit. Tällä prosessilla voi olla haitallinen vaikutus eläviin organismeihin, koska ionisoidut atomit, jotka tunnetaan myös nimellä vapaat radikaalit, vahingoittavat ihmiskehoa geneettisellä tasolla. Annoksesta riippuen ionisoivan säteilyn vaikutukset voivat vaihdella havaittavista oireista syöpään. Koska ionisoiva säteily on huolenaihe monilla toimialoilla, työntekijöiden suojelemiseksi on olemassa erilaisia määräyksiä ja suojatoimenpiteitä.
Ionisoivan säteilyn pääasialliset lähteet ovat kosmiset säteet, ydinfuusio, ydinfissio ja radioaktiivinen hajoaminen. Mikä tahansa näistä lähteistä voi tuottaa yhden kolmesta päätyypistä ionisoivaa säteilyä: alfa, beta ja gamma. Alfa on vähiten haitallista, kun taas ydinräjähdyksen aikana suuria määriä tuotettu gamma on haitallisin. Gammasäteilyltä suojautumiseen tarvitaan monia turvatoimenpiteitä. Tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, että valtava annos alfa- tai beetasäteilyä ei vahingoita ihmistä.
Ionisoivan säteilyn vaikutukset alkavat solutasolla. Altistumishetkellä vapaat radikaalit kulkevat kehon läpi valon nopeudella. Se on solun ytimessä, eliön geneettisen materiaalin säilytysalue, jossa pommitukset vahingoittavat eniten. Jos DNA -juosteeseen tulee pieni määrä vaurioita, DNA voi korjata itsensä. Lisää hiukan enemmän vahinkoa ja solu tuhoaa itsensä, jotta se ei aiheuta lisähaittaa organismille.
Ionisoivan säteilyn vaikutuksista tulee ongelma, kun solu vaurioituu niin paljon, että sen itsetuhoinen mekanismi ei enää toimi. Eläimissä yhdestä solusta voi tulla pahanlaatuisen syövän siemen. Suuremmat ionisoivan säteilyn annokset voivat aiheuttaa useita kasvaimia kehittymään koko kehoon. Äärimmäisimmät vaikutukset ilmenevät, kun eläin saa tappavan annoksen ionisoivaa säteilyä. Nopeasti jakautuvat solut, kuten luuytimessä ja ruoansulatuskanavan limakalvossa olevat solut, kuolevat massaan vaurioituneen DNA: n vuoksi; kuolema on lähes varma.
Toimialoilla, joiden työntekijät ovat alttiina ionisoivan säteilyn vaikutuksille, on yleensä käytössä politiikat ja suojatoimenpiteet altistumisen estämiseksi. Esimerkiksi ydinvoimalaitoksilla ja ydintutkimuslaboratorioilla on sekä lyijy- että grafiittisuojaus, joka suojaa insinöörejä radioaktiivisilta materiaaleilta. Näissä tiloissa on myös säteilyilmaisimet, jotka voivat nopeasti ilmoittaa työntekijöille, jos säteilyvuotoja ilmenee. Useimmissa sairaaloissa, joissa on röntgenlaboratoriot, on samat suojatoimet. Kaupallisessa ilmailussa monet lentoyhtiöt estävät raskaana olevia naisia toimimasta ohjaamomiehistön osana, koska yläilmakehässä on enemmän ionisoivaa säteilyä.