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감마선·X선, 그리고 중성자·전자·양성자와 같은 높은 에너지를 지닌 원자구성입자 등의 이온화방사선의 출처는 라듐과 같은 방사성 물질이나 칼륨-40(⁴⁰K), 탄소-14(¹⁴C) 등의 방사성 동위원소같이 자연적인 것과 X선촬영기·원자로·입자가속기·핵무기 등의 인공적인 것이 있다.

방사선손상은 방사선의 종류, 투과력, 노출된 신체 부위, 노출시간, 총피폭량(總被爆量)에 따라 다양하게 나타난다.

방사선손상은 세포분열이 왕성한 조직이나 장기에 가장 빨리 일어나는데, 예를 들면 피부나 소화관의 점막, 그리고 수명이 다 되어서 파괴되는 혈구세포들을 보충하기 위해 끊임없이 세포분열이 일어나는 골수(骨髓) 등이 이에 해당된다. 이와 같은 장기에서 방사선은 분열하고 있는 미성숙 세포를 파괴하여 정상적으로 죽어 없어지는 세포를 보충할 수 없게 하므로 조직의 구조나 기능이 파괴된다.

소화관의 광범위한 부분이나 골수의 일부가 많은 양의 방사선에 노출되어 나타나는 증상을 방사선질환(放射線疾患) 또는 급성방사선증후군(急性放射線症候群)이라고 한다.

방사선에 노출된 뒤 몇 시간 정도 지나면 식욕이 없어지고 구역질 및 구토 등이 나타나다가 사라지고 잠시 아무런 증상도 나타나지 않는다. 그런 후 다시 주(主)증상이 나타나는데, 소화기가 손상받았을 때는 주증상으로 복통·열·설사 등이 나타나다가 며칠 뒤 탈수·허탈, 그리고 생명을 위협하는 쇼크와 같은 상태에 이른다.

주로 골수가 손상받은 경우의 주증상은 방사선에 노출된 뒤 2~3주 정도 지나서 시작되는데, 열·전신쇠약·탈모·감염·출혈 등이 특징적으로 나타난다. 골수의 손상이 심할 경우에는 감염이나 심한 출혈로 인해 사망하기도 한다.

방사선손상 때문에 암이 생길 수도 있다. 예를 들어, 히로시마와 나가사키에 원자탄이 떨어진 뒤 살아남은 사람이나 흉부 X선 촬영을 많이 한 환자, 시계에 라듐을 도색하는 사람들처럼 방사성 물질을 다루는 근로자들은 노출된 방사선량(量)에 비례하여 암의 발생 빈도가 증가하는데, 특히 백혈병과 유방암이 가장 두드러지게 나타난다.

방사선손상은 태아에게 볼 수 있는 기형과도 관련이 있는데, 세포분열 속도가 빠른 다른 조직과 마찬가지로 태아의 조직도 이온화방사선에 매우 민감하다.

따라서 장기가 만들어지는 도중 방사선에 노출되면 많은 기형(畸形)이 생긴다는 것이 동물실험 결과 밝혀졌다. 이와 같은 기형은 소뇌증(小腦症)이나 눈의 발육부전 등 특히 신경계에 많이 생기는데, 원폭투하 당시 임신한 채 히로시마에 살고 있었던 산모에게서 태어난 아이들에게는 신경계 기형의 발생빈도가 평균치보다 더 높았다.

이온화방사선에 가장 민감한 시기인 임신 8주에서 15주 사이에 노출된 경우는 정신박약(精神薄弱)이나 소뇌증 같은 기형이 훨씬 더 많이 생겼다.

방사선은 매우 해로우며 따라서 그러한 방사선물질을 다룰 때는 세심한 주의와 엄중한 관리, 그리고 완벽한 시설이 요구된다.

방사선 손상은 방사선의 외부조사(照射)나 내부조사에 의해 소화기·호흡기·상처 등을 통해 방사성 물질이 들어가 인체에 장애를 유발한다.

장애의 발생률은 쪼인 방사선량이 많을수록 높지만 유전효과나 백혈병의 경우에는 방사선량이 아무리 적어도 발생률이 0이 되지는 않고 최소한의 값을 가질 가능성이 있다. 따라서 방사선에 대해서는 어떤 강도, 즉 허용량 이하이면 절대로 안전하다는 보증이 없으며 방사선량이 적더라도 쪼이는 사람의 수가 많아지면 장애발생의 가능성은 높아진다. 이런 뜻에서 핵발전이나 핵폭발 등에 따르는 주민들의 방사선 손상은 각별한 관심의 대상이 되고 있다.

일본 환경의학연구소가 1989년 1월에 보고한 바에 의하면 일본 핵발전소 종사자에서 이상염색체의 출현율이 대조군에 비해 월등히 높았다.

그 대상자는 경력 4개월에서 12년의 핵발전소 종사자인데 혈액 내 림프구의 염색체를 조사한 결과 이상염색체가 평균 일반인의 1.8배였으며 통상 피폭량이 5rem(렘)인 경우에는 2.5배, 14.3rem인 경우에는 5배나 높은 것으로 나타났다. 이상염색체가 발견되었다고 해서 당장 큰 병에 걸렸다는 뜻은 아니지만 핵발전소 종사자의 연간 허용피폭선량이 5rem인 것에 비추어보면 이 조사는 시사하는 바가 대단히 크다.

또한 미국 포츠머스 군항의 핵잠수함 수선병사들 1,722명의 사인을 조사한 바에 의하면 대조군에 비해 백혈병으로 인한 사망이 5.62배, 다른 조혈기관암은 2.26배, 고형암은 1.61배, 전체적으로는 1.78배나 되었다.

그리고 이들의 추정피폭량은 연간 불과 1rem 정도인 것으로 평가되었다. 그리고 소량의 방사능도 위험하다는 것은 일본에서 일반인의 피폭 허용량을 1989년부터 연간 0.1rem(그밖의 나라들에서는 대개 0.5rem)으로 낮춘 것을 보아도 잘 알 수 있다.

한국의 경우 집단적인 조사연구가 된 것은 아직 없고 몇몇 방사선물질 취급자 또는 핵발전소 종사자들과 그 가족들이 방사선 피해자라고 주장했는데 명확하게 진위가 가려진 적은 한 번도 없었다. 방사선 손상의 주요 유형에 대한 상세한 내용에 대해서는 '복사' 항목 참조.