Для биологического действия радиоактивных излучений характерно последействие, которое может быть очень длительным, т.к. по окончании облучения цепь биохимических и физиологических реакций, начавшихся с поглощения энергии излучения, продолжается долгое время. К отдалённым последствиям облучения относятся изменения крови (уменьшение числа лейкоцитов и эритроцитов), нефросклероз, циррозы печени, изменения мышечных оболочек сосудов, раннее старение, появление опухолей. Эти процессы связаны с нарушением обмена веществ и нейроэндокринной системы, а также повреждением генетического аппарата клеток тела (соматические мутации). Растения, по сравнению с животными, более радиоустойчивы. Облучение в небольших дозах может стимулировать жизнедеятельность растений — прорастание семян, интенсивность роста корешков, накопление зелёной массы и др. Большие дозы (20 000—40 000 р) вызывают снижение выживаемости растений, появление уродств, мутаций, возникновение опухолей. Нарушения роста и развития растений при облучении в значительной степени связаны с изменениями обмена веществ и появлением первичных радиотоксинов, которые в малых количествах стимулируют жизнедеятельность, а в больших — подавляют и нарушают её. Так, промывка облученных семян в течение суток после облучения снижает угнетающий эффект на 50—70%. Лучевое повреждение организма сопровождается одновременно текущим процессом восстановления, который связан с нормализацией обмена веществ и регенерацией клеток. Поэтому облучение дробное или с малой мощностью доз вызывает меньшее повреждение, чем массивное воздействие. Изучение процессов восстановления важно для поисков радиозащитных веществ, а также средств и методов защиты организма от излучений. В небольших дозах все обитатели Земли постоянно подвержены действию ионизирующего излучения — космических лучей и радиоактивных изотопов, входящих в состав самих организмов и окружающей. Испытания атомного оружия и мирное применение атомной энергии повышают фон радиоактивный. Это делает изучение биологического действия радиоактивных излучений и поиски защитных средств всё более важными.
Биологическим действием радиоактивных излучений пользуются в биологических исследованиях, в медицинской и с.-х. практике. На биологическом действии радиоактивных излучений основаны лучевая терапия, рентгенодиагностика, радиоизотопная терапия. В сельском хозяйстве радиационные воздействия применяются с целью выведения новых форм растений, для предпосевной обработки семян, борьбы с вредителями (путём выведения и выпуска на поражаемые плантации обеспложенных облучением самцов), для лучевой консервации фруктов и овощей, предохранения продуктов растениеводства от вредителей (дозы, губительные для насекомых, безвредны для зерна) и др. Индивидуальная чувствительность человека зависит от множества факторов; в первую очередь — от возраста. Сформировавшийся организм более устойчив к действию радиации, чем формирующийся (детский, юношеский). При остром лучевом поражении, которое вызывается общим облучением организма в больших дозах (наблюдается при ядерных взрывах и в случае аварий на ядерных установках), биологические эффекты радиации — гибель или различные формы лучевой болезни — проявляются в течение нескольких часов или дней после облучения. При дозах, превышающих 100 Зв (Зиверт — единица эквивалентной дозы в системе СИ. 1 Зв соответствует поглощенной дозе 1 Дж/кг гамма-излучения), наступает мгновенная гибель (первые часы) из-за необратимого повреждения нервных клеток (церебральный синдром). Дозы 50—100 Зв приводят к смертельному исходу на 5—6-е сутки после облучения. Кишечная форма лучевого поражения (желудочно-кишечный синдром) наблюдается в диапазоне 10—50 Зв и приводит к гибели на 10—14-й день. Типичная форма лучевой болезни развивается при дозе 1—10 Зв. Причем, если не принять медицинских мер, доза 3—5 Зв приводит к смерти 50% облученных людей в течение 30 дней. Облученных больных помещают в стерильные условия, делают переливание крови, для восстановления системы кроветворения выполняют пересадку костного мозга. Все это сопровождается введением общеукрепляющих и противовоспалительных средств. Типичными отдаленными последствиями перенесенной лучевой болезни являются астения (повышенная утомляемость), катаракта, повышенная восприимчивость к инфекционным заболеваниям за счет снижение иммунитета. Радиоактивное облучение достоверно повышает риск возникновения рака, генетических повреждений и сокращает продолжительность жизни. Первую позицию в группе раковых заболеваний, вызванных облучением, занимают лейкозы, пик которых, в зависимости от возраста, приходится на период от 5 до 25 лет после облучения. Несколько позже возникают рак молочной и щитовидной железы, легких и других органов. Риск генетических повреждений в первых двух поколениях, по оценкам специалистов, составляет около 40% от риска заболевания раком.
Проблема влияния на организм человека облучения «малыми дозами» особо остро встала перед специалистами после аварии на ЧАЭС. Для ее решения требуется постоянное повсеместное обследование населения, наблюдение за состоянием здоровья участников ликвидации последствий аварии и людей, проживающих на загрязненных территориях. Уже на сегодняшний день отмечается рост случаев рака щитовидной железы, возрастание числа анемий, сердечных и других заболеваний, связанных с ослаблением иммунитета. Естественное излучение является обычной составной частью биосферы, абиотическим фактором, непрерывно действующим на организмы и образующим природный радиоактивный фон, который формируется за счет космического излучения и излучения радионуклидов, находящихся во внешней среде и внутри живых организмов. Искусственные источники излучения появляются в результате деятельности человека. Биологический эффект радиации определяется дозовой нагрузкой и может наблюдаться на всех уровнях организации живых систем. Индивидуальная чувствительность человека к радиоактивному облучению зависит от возраста, психоэмоционального состояния и т.д. Лучевое поражение в зависимости от дозы может привести к гибели, различным формам лучевой болезни, астении, катаракте, снижению иммунитета, сокращению продолжительности жизни, возрастанию риска появления рака, генетических повреждений.