Strahlung begegnet dem Menschen überall in seiner Umgebung. Sie kommt beispielsweise aus dem All, entsteht beim Zerfall von radioaktiven Spuren in Gesteinen oder wird in handelsüblichen Mikrowellen benutzt. In der Röntgendiagnostik wird Strahlung gezielt in Röntgenröhren erzeugt. Doch wie wirkt sich das vorhandene Strahlenfeld auf den menschlichen Körper aus?

Trifft elektromagnetische Strahlung auf menschliches Zellgewebe, so wechselwirkt diese mit den Molekülen und Atomen in den Zellen. Hierbei wird über verschiedene Prozesse die Energie der Strahlung im Gewebe deponiert, was letztlich der Grund für die Wirkung der Strahlung in Zellen ist.

Strahlenwirkungen werden in direkte und indirekte Wirkungen unterteilt. Bei direkten Strahlenwirkungen wechselwirken die Elektronen direkt mit einem Biomolekül (beispielsweise der DNA) und können dabei durch das Aufbrechen chemischer Bindungen zu Beschädigungen führen. Aufgrund des geringen relativen Anteils an DNA in der Zelle kommen direkte Wechselwirkungen mit der DNA allerdings nur selten vor. Bei der indirekten Strahlenwirkung finden zunächst Wechselwirkungen mit den Wassermolekülen in der Zelle statt. Man spricht hierbei auch von der Radiolyse des Wassers. Die Produkte dieser chemischen Reaktion (reaktive Sauerstoffspezies auch als "Sauerstoffradikale" bekannt) können dann wiederum eine Beschädigung der DNA-Strukturhervorrufen.

Schäden am DNA-Molekül einer Zelle führen zunächst zu einem Verlust ihrer Teilungsfähigkeit. Dies hat entweder die Einleitung des Zelltods (Apoptose) oder die Aktivierung unterschiedlichster Reparaturprozesse zur Folge. In seltenen Fällen treten Fehler bei der Reparatur auf, was zu bleibenden Veränderungen der genetischen Information (Mutationen) führt und die erste Stufe zur Entwicklung eines strahlenbedingten Krebs darstellt. Teilweise haben Strahlenschäden erst Jahre nach der Entstehung des Schadens Auswirkungen auf die Zelleigenschaften.

In der Strahlentherapie ist die Apoptose als Folge der Strahlenwirkung in Zellen gewünscht, da das primäre Ziel in der Vernichtung aller Tumorzellen besteht. Deshalb wird in der Strahlentherapie die Applikation möglichst hoher Strahlendosen im malignen Gewebe bei gleichzeitiger Schonung des umliegenden, gesunden Gewebes angestrebt. Auf Grund der geringen Wahrscheinlichkeit für eine direkte Wechselwirkung der Strahlung mit der DNA, folgt der Zelltod meistens aus den indirekten Mechanismen.

Bei röntgendiagnostischen Untersuchungen wird hingegen eine möglichst geringe Strahlendosis des Patienten angestrebt, um das Risiko der Entstehung eines strahleninduzierten Tumors so gering wie möglich zu halten. Entsprechend strikt sind auch die rechtlichen Rahmenbedingung unter denen Röntgenstrahlung eingesetzt werden darf formuliert.