Lợi ích việc phân nhỏ liều lƣợng là để tăng khả năng phục hồi cho tế bào lành, và tăng khả năng tiêu diệt tế bào ung thƣ do sự thay đổi về oxy, sự tái phân bố tế bào. Cơ sở phân liều theo thời gian thể hiện ở khái niện 4 tái tạo của sinh học phóng xạ: sự tái tạo oxy, sự tái tạo quần thể, sự hồi phục, sự tái sinh sôi.
Sự tái tạo oxy trong khối u ác tính là một thông số rất quan trọng để đảm bảo có đƣợc độ nhạy phóng xạ cao. Đối với những bức xạ có LET thấp (nhƣ photon và electron), các tế bào đƣợc tƣới oxy chỉ cần một liều lƣợng phóng xạ bằng 1/3 của liều chiếu trên loại thiếu oxy mà vẫn đạt cùng một kết quả nhƣ nhau. Những khối u có các tế bào thiếu oxy và xa động mạch thuộc loại kháng tia. Những tế bào im lặng này có thể chiếm đến 15% tổng số các tế bào. Với kỹ thuật chia nhỏ liều, các tế bào im lặng khi đƣợc cung cấp thêm oxy sẽ làm cho chúng nhạy xạ hơn. Đó là những tế bào đƣợc cung cấp đầy đủ oxy khi bị chết đã để lại lƣợng máu cho các tế bào thiếu oxy trƣớc đó. Bằng cách này, duy trì quần thể tế bào đƣợc cung cấp tốt oxy.
Sự tái tạo phân bố chu kỳ tế bào có thể là một yếu tố quan trọng cho tính “tự nhạy cảm tia xạ”. Vì sự nhạy cảm tia xạ của các tế bào là khác nhau ngay trong một chu trình phát triển. Việc chia nhỏ liều lƣợng đảm bảo rằng tất cả các tế bào sẽ ở trong pha nhạy cảm ít nhất cùng thời gian với một hoặc hai lần chiếu xạ.
Sự hồi phục, một điều quan trọng là phải có đủ thời gian để cho các tế bào lành hồi phục do tổn thƣơng tia xạ. Ngƣời ta đã cho thấy rằng cần ít nhất 6 giờ giữa hai lần chiếu để các tế bào lành bị chiếu xạ kịp hồi phục. Dựa vào các kết quả thu đƣợc của chế độ phân liều, ngƣời ta thấy rằng thậm trí cần khoảng thời gian lâu hơn nữa đối với tủy sống để tránh viêm do tia xạ. Sự hồi phục có một ý nghĩa đặc biệt đối với việc xạ trị áp sát sử dụng những máy với suất liều khác nhau.
Sự tái sinh sôi hay sự tái tạo quần thể của tế bào là một trong những thông số quan trọng đối với kết quả điều trị và quan trọng đối với cả sự đáp ứng sớm của các tế bào lành cũng nhƣ của các tế bào u. Đối với sự đáp ứng của tế bào lành nhƣ da chẳng hạn, tốc độ phân chia tế bào sẽ bắt đầu tăng lên sau khoảng thời gian nào đó từ khi bắt đầu điều trị, vì vậy yêu cầu liều lƣợng ngày càng tăng lên để cho
cùng một hiệu ứng sinh học. Điều này làm cho nó có lợi thế trong việc kéo dài thời gian điều trị, bởi vì tốc độ hồi phục trở nên nhanh hơn theo thời gian. Sự kéo dài thời gian điều trị tia xạ do đó có lợi cho sự hồi phục của các mô lành, cho các tế bào đáp ứng sớm, nhƣng không có lợi cho các tế bào đáp ứng muộn. Điều này sẽ gây ra khó xử và phƣơng pháp điều trị tốt nhất còn tùy thuộc vào mức độ tƣơng đối của sự hồi phục của các tế bào lành cũng nhƣ tránh đƣợc sự tăng sinh của tế bào u. Vấn đề ở đây là cần phải cân nhắc một cách thận trọng về loại khối u.