放射生物學的實驗證明腫瘤細胞的染色體DNA也就是遺傳物質是放射線的主要作用靶點，核膜也可能包括在內(nèi)。DNA中的某些部分在細胞周期的某些時候和膜結構緊密相關，因此兩者很難截然分開。
放射線與靶點的作用可以分為直接作用和間接作用，直接作用是被照射組織吸收X線光子后產(chǎn)生繼發(fā)電子，繼發(fā)電子和DNA相互作用會產(chǎn)生效應。間接作用時，繼發(fā)電子先和組織中的水分子相互作用產(chǎn)生氫氧自由基等活性基團，而這個氫氧基可以對DNA造成損傷。
高LET射線也就是中子線、α粒子線這一類的主要是直接作用，而X射線這種吸收型電離輻射是以間接作用為主。
