Trong cơ thể, 75% trọng lượng các tổ chức, cơ quan là nước nên sự ion hố các phân tử nước cĩ một ý nghĩa rất dặc biệt, tạo nên các gốc tự do. Đáng kể nhất là các gốc hydro nguyên tử (H), hydroxyl (OH), hydroxyt (H2O), hydroperroxyt (H2O2). Các gốc này cĩ khả năng tham gia vào phản ứng với các chất oxy hố hoặc oxy khử mạnh, tác động dễ dàng đến các phân tử hữu cơ, phát sinh những phản ứng mới. Tiếp đĩ hiệu quả sinh vật của các tia phong xạ phụ thuộc vào hàm lượng oxy (tổ chức nào thiếu oxy khơng nhạy cảm bằng tổ chức đủ oxy).
3.3. Tác hại sinh vật học
Đây là những ảnh hưởng thứ phát, thể hiện qua những rối loạn cấu trúc hay cơ năng. Thời gian ảnh hưởng này ở trong khoảng từ một giờ đến trên 30 năm và tuỳ thuộc ở liều nhiễm xạ cũng như liều lưu lượng nhiễm xạ. Người ta thường chia ra nhiều loại tác hại, những tác hại này xuất hiện do hoạt động của các gốc tự do ở trên, phát sinh nhiều loại phản ứng sinh hố như: khử amin, oxy hố các axit amin, khử carboxyt các axit hữu cơ, oxy hố các hợp chất cĩ nhĩm - SH. Những phản ứng này xảy ra ở các axit nucleic, protein, axit amin và các polysaccarit… là những chất rất cần thiết cho tế bào. Thí dụ như các gốc tự do phản ứng với những gốc hoạt động của hệ thống enzym cĩ nhĩm SH, biến chúng thành những nhĩm disulfo khơng hoạt động. Hoạt tính phân giải của hệ thống enzym cĩ gốc SH bị phân huỷ. Một số enzym này lại rất cần thiết cho sự tổng hợp nucleoprotit và axit nucleic.