Частки іонізуючого випромінювання передають енергію дискретними порціями і процес передачі енергії має статистичний характер. Через це в клітині, що має високу різноякісність у морфологічному і функціональному відношенні, окремі мікроструктури при опроміненні з певною ймовірністю поглинають енергію опромінення, а інші взагалі не взаємодіють з випромінюванням.
Внаслідок ураження пошкоджуються абсолютно всі внутріклітинні структури, в ній спостерігається безліч різноманітних реакцій. При опроміненні знижується щільність цитоплазми за зменшення кількості рибосом і відбувається накопичення залишків зруйнованих органел, спостерігаються руйнівні процеси в хлоропластах. Пошкодження ендоплазматичних мембран спричиняє порушення багатьох складних процесів клітинного метаболізму, для перебігу яких необхідна просторова організація груп ферментів, яку забезпечують мембрани. Порушення цілісності мембран може змінити іонний баланс клітини, що також несприятливо впливає на хід метаболічних процесів.
Слід зазначити, що в клітині значна кількість органел, здатних до поділу (розмноження), тому пошкодження їх не призводить до незворотних наслідків на відміну від ушкодження ядра клітини. Міра цих реакцій залежить від того, на якій стадії життєвого циклу клітини сталося опромінення.
- Тимчасові реакції клітин на опромінення. Серед реакцій клітин на опромінення є такі, які легко витримує клітина. До них належать різноманітні порушення метаболізму. Як правило, такі реакції виникають безпосередньо після опромінення і з часом минають. Найбільш характерною з них є тимчасова затримка клітинного поділу. Тривалість затримки поділу залежить від дози опромінення і проявляється у всіх клітин опроміненої популяції. Час затримки у клітин різних організмів відрізняється, але завжди зростає з дозою опромінення.
Характерною особливістю цієї реакції клітин на опромінення є те, що зі збільшенням дози зростає тривалість затримки поділу кожної опроміненої клітини. Тривалість затримки поділу залежить від стадії клітинного циклу, в якій перебувала клітина під час опромінення: найтриваліша вона при опроміненні в стадії S або G2 і найменш тривала - при опроміненні в мітозі.
- Летальні реакції клітин, форми клітинної загибелі. Найчутливіші до опромінення тканини, клітини яких здатні до активного поділу. Тому серед багатьох проявів дії іонізуючого опромінення на життєдіяльність клітини найважливішим є втрата цієї функції. В зв'язку з цим клітинною загибеллю або летальним ефектом опромінення вважається втрата клітиною здатності до поділу. Клітинами, що вижили, вважаються ті, що зберегли здатність до необмеженого розмноження. Отже, йдеться про репродуктивну загибель клітин.
