Ionisations et excitations aboutissent à la formation de radicaux libres, espèces réactives de l'oxygène (O₂), surtout atome d'hydrogène (H^•) et radical hydroxyle (OH^•), favorisée par l'O₂. Principale cible moléculaire : l'acide désoxyribonucléique (ADN) en raison de sa radiosensibilité (des lésions sont décelables, in vivo, pour des doses absorbées aussi faibles que quelques milligrays) et de la gravité potentielle de ses atteintes. En fait, les lésions naturellement fréquentes, peuvent être réparées ; seules les ruptures double chaîne et les lésions multiples localisées, plus spécifiques des rayonnements ionisants, sont difficilement réparables. De plus, les atteintes de la molécule d'ADN ont de faibles conséquences géniques, vu l'importante proportion de séquences non transcrites en acide ribonucléique (ARN) et, dans les cellules différenciées, de gènes non exprimés. Les atteintes conduisent : à des effets déterministes obligatoires, à seuil, par morts cellulaires, quantifiés in vitro par la survie à 2 Gy, in vivo par leur dose seuil ; à des effets stochastiques sans seuil scientifiquement démontré, par mutations cellulaires somatiques provoquant cancers ou leucémies, quantifiables par un facteur de risque de cancer et par mutations des cellules sexuelles se traduisant dans la descendance, non démontrés chez l'homme mais évaluables par un facteur de risque d'effets héréditaires. Les effets de l'exposition in utero sont déterministes (malformations, troubles de la croissance) et stochastiques (cancers avant l'âge de 20 ans). L'exposition radiologique médicale est la première source artificielle (dose efficace collective annuelle en France d'environ 80 000 hommes.sieverts ; soit par individu 1,3 millisievert par an [mSv]). Si des effets déterministes sont exceptionnellement observés en radiologie interventionnelle, seuls les effets stochastiques peuvent être craints en radiodiagnostic rendant indispensables justification et optimisation des pratiques. L'exposition radiologique professionnelle (dose efficace collective annuelle d'environ 13 hommes.sieverts) est en moyenne faible (0,1 mSv par individu) : insignifiante en radiodiagnostic, plus élevée en radiologie interventionnelle et à optimiser.