電離輻射——礦物、原子彈和核反應器釋放的那種輻射——對人體的主要作用是：削弱和破壞 DNA，要么損傷細胞使其死亡，要么導致細胞突變，最終可能導致癌症。
上週日本發生地震和海嘯後，福島第一核電廠的四個反應爐受損並開始洩漏輻射。工作人員正努力阻止反應爐狀況進一步惡化，自身也因此暴露在輻射環境中。日本政府已呼籲核電廠周圍20公里範圍內的所有居民撤離。
與燈泡或微波爐的輻射不同，核輻射能量極高，足以使原子電離，使其失去電子。這種電離輻射可以直接破壞DNA分子，破壞原子間的化學鍵結；也可以使水分子電離，形成自由基。自由基活性極強，同樣會破壞周圍分子（包括DNA）的化學鍵。
麻省理工學院輻射防護委員會成員彼得·德頓解釋說：“放射性元素的原子核會發生衰變，並釋放出高能粒子。如果你擋在這些粒子的路徑上，它們就會與你身體的細胞發生相互作用。實際上，你會看到一個粒子，一個能量包，穿過你的細胞和組織。”
如果輻射對DNA分子造成足夠大的改變，細胞就無法複製並開始死亡，導致輻射疾病的直接症狀—噁心、腫脹、掉髮。受損程度較輕的細胞可能存活並繼續複製，但其DNA的結構改變會擾亂正常的細胞過程，例如控制細胞分裂方式和時間的機制。無法控制自身分裂的細胞會不受控制地生長，最終癌變。
德頓表示，攝入的放射性顆粒中，有些可能在造成較大傷害之前就排出體外，但有些則會在體內停留。放射性碘-131尤其具有風險，因為它會被甲狀腺迅速吸收並滯留。因此，建議可能接觸空氣中放射性物質的人提前服用碘片：非放射性碘會被甲狀腺吸收，因此即使遇到放射性碘，甲狀腺也不會再吸收。
輻射暴露風險以希沃特為單位進行測量，該單位考慮了輻射的類型和數量，以及身體哪些部位受到輻射，從而使我們能夠在一個尺度上比較不同類型的暴露。
通常情況下，一個人每年可能會從環境放射性、飛機飛行和醫療程序等途徑接收到兩到三毫西弗的輻射劑量。在美國，核電廠工作人員的年輻射暴露限值為0.05西弗。在或低於此水平時，修復DNA的酵素能夠及時修復損傷，從而將癌症風險保持在較低水平。高於此水平時，人體的修復系統就無法跟上。根據世界核能協會的說法，每年100毫西弗是癌症風險開始增加的閾值。
據報道，福島核電廠的輻射量一直在波動，一度達到每小時400毫西弗。德頓表示，在這種輻射水平下，只需7分鐘就能達到美國每年的輻射限值。超過1小時則可能致命。 400毫西弗的輻射量並非持續測量值，實際輻射量仍在波動，波動幅度遠低於此。
德頓強調，輻射像光一樣，會隨著距離的平方而衰減，因此即使核電廠內的輻射水平很高，幾英里外的輻射量也微乎其微。對附近居民來說，更大的危險是放射性粒子釋放到空氣中，這些粒子會在體內積聚，隨著時間的推移損害組織並導致癌症。
據德頓說，一天內接受1希沃特的輻射劑量就足以讓人感到不適。 「1到3希沃特時，骨髓和器官就會受損，你會病得很重。3到6希沃特時，還會出現出血和感染，」他說。 「6到10希沃特時，死亡率高達90%左右。超過10希沃特，通常就會導致喪失勞動能力甚至死亡。”
