普遍认为，DNA分子是细胞内对放射线最敏感的靶分子，细胞对电离辐射反应的分子基础是DNA损伤。
R射线可引起多种类型的DNA损伤：单键断裂（SSB），双键断裂（DSB），碱基操作等。
这些损伤是射线直接作用于DNA的结果和源自细胞内水和其他分子放射性电离产生的自由基的间接作用。进一步的研究表明位于胞核周边区的DNA是放射敏感区，放射敏感性与DNA损伤的修复相关，那些没有修复的DNA是导致放射性损伤的主要原因。损伤DNA的细胞在继续执行其功能，并完成一次或/和几次细胞分裂后才失去存活功能。分裂进一步加剧使DNA失去功能和染色体畸变，并最终因无法保持自身结构和功能的完整性而死亡。射线不仅损伤DNA，并且干扰其复制、转录功能，干扰MRNA合成和基因表达。
