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임신한 여성의 태아는 방사선 영향의 관점에서 특수한 집단에 속한다. 이는 태아가 상대적으로 방사선 감수성이 클 뿐만 아니라 기대되는 잔여수명 또한 길기 때문이다. 태아에게 나타나는 영향도 개념적으로는 결정론적 영향이거나 확률론적 영향 양자 모두에 속하게 된다.

난자와 정자가 결합한 순간부터 수정란이라고 부르고 수정란이 자궁에 착상하고 자라 기관이 형성되기 시작하면 태아라 부르고 있으나 그 경계는 분명한 것이 아니다.

이 때 주관심이 되는 영향은 확률론적 영향보다 배아의 사망, 기형 또는 발육 이상, 그리고 정신발달 지체로 대표되는 결정론적 영향이다. 배아의 사망은 수정란이 착상하기 전 또는 그 직후, 즉 세포수가 많지 않은 경우 방사선에 의해 그 일부의 세포가 사멸하게 되면 결과적으로 배아가 생존하지 못하고 유산되는 결과이다.

동물 실험 결과 수정란에 0.1 Gy^각주1) 정도의 선량을 조사하면 유산이 일어나는 것으로 평가되고 있다.

배아의 기관 형성기인 수정 후 2~8주는 기형유발에 매우 민감한 시기이다. 기형유발의 문턱선량도 약 0.1 Gy 정도로 본다. 이때 나타날 수 있는 기형은 특성화시킬 수는 없으며 자연적인 기형의 유형과 마찬가지로 다양한 것으로 나타나게 된다. 보다 후기의 피폭으로 인한 영향은 기형보다는 심각도가 덜한 발육이상의 양상으로 나타날 것으로 기대된다.

이 부분에 대해서 확정적인 결론을 내리기 어려운 것은 우선은 당시 원폭 피폭을 받은 집단에게서 다른 집단과 특별한 차이가 발견되지 않기 때문이며, 그런 이유로 주로 동물실험 결과로부터 유추하고는 있으나 동물과 사람의 생리적 차이 등에 대한 확신이 부족하기 때문이다.

뇌를 포함한 중추신경계 형성 시기인 수정 후 8~25주의 기간은 정신발달지체 또는 지능저하라는 특유한 결정적 영향의 관점에서 중요하다. 이 중에서 전반 8주(수정 후 8~15주)는 1 Sv 피폭일 때 정신지체의 발생확률이 40 %정도로 높은 시기이며 후반 8주에서는 그 위험도가 10% 정도로 낮아진다고 보고 있다.

이 시기에 뇌세포가 증배되며 연결망이 전개되므로 방사선 피폭은 이러한 발달을 방해하여 결과적으로 뇌의 기능을 저하시킨다. 극심한 경우에는 대뇌가 충분히 발육하지 못하여 외관으로 분별 가능한 소두증을 초래하게 된다. 데이터의 불충분으로 인해 확률론적 영향인 암에 대한 평가는 아직 충분한 결론에 이르지 못하고 있다.