Las radiaciones ionizantes pueden dañar el ADN de las células y alterar el entorno que las rodea. A partir de estas transformaciones puede comenzar el proceso que conduce al desarrollo de un tumor. La radiación ionizante es un factor de riesgo reconocido para la aparición del cáncer. Son capaces de inducir el desarrollo de cualquier forma de tumor, aunque pueden pasar muchos años entre la exposición a la radiación y la aparición de la enfermedad, y varía de un tumor a otro. La sensibilidad a la radiación varía de un órgano a otro. La médula ósea y la tiroides son las más sujetas a la transformación inducida por la radiación, por lo que algunas formas de leucemia y cáncer de tiroides son las neoplasias que se presentan con mayor frecuencia y precocidad en personas expuestas a radiaciones ionizantes. Gran parte de lo que sabemos hoy sobre la relación entre las radiaciones ionizantes y el cáncer proviene de estudios realizados en personas que sobrevivieron a las bombas atómicas de Hiroshima y Nagasaki (RER, Radiation Effects Research). Como se trataba de condiciones muy particulares, durante mucho tiempo fue difícil entender si esas conclusiones también podían aplicarse a niveles de exposición más comunes. Varios estudios han confirmado que incluso niveles bajos de exposición pueden dar lugar a transformaciones celulares que conducen al desarrollo de cáncer. La cuantificación de este riesgo, sin embargo, es muy compleja: depende de varios factores, como la dosis a la que se está expuesto y la duración de la exposición, el tipo de radiación, las zonas del cuerpo irradiadas y la edad a la que se entra en contacto con la radiación. El riesgo de cáncer aumenta a medida que aumenta la dosis de radiación a la que uno está expuesto. Además, no es posible determinar una dosis por debajo de la cual se elimine el mayor riesgo de desarrollar cáncer. Para la mayoría de los tumores inducidos por radiaciones ionizantes, las posibilidades de enfermarse son mayores si se expone a ellas cuando se es niño y disminuyen a medida que se envejece, también porque no se tiene tiempo para desarrollar el tumor. Esto se aplica igualmente a la exposición durante la vida fetal, lo que determina un riesgo mayor que la exposición en la edad adulta. Los tumores sólidos asociados con la exposición a la radiación tardan mucho en desarrollarse. Las leucemias son el tipo de cáncer que se presenta más rápidamente (incluso después de unos años), mientras que los tumores sólidos tardan varias décadas. El riesgo de desarrollar una neoplasia como consecuencia de la exposición a radiaciones ionizantes es diferente entre las leucemias y otros tumores de la sangre y del sistema linfático (como algunos linfomas) y los sólidos.

los cánceres de sangre son más frecuentes: la leucemia mieloide aguda es la que tiene más probabilidades de desarrollarse, mientras que la radiación parece tener un efecto menor sobre el riesgo de contraer leucemia linfoblástica crónica, linfomas no Hodgkin y mieloma múltiple;

Si se excluye el cáncer de tiroides, especialmente en caso de deficiencia de yodo, el riesgo de desarrollar tumores sólidos después de la exposición a la radiación es menor que el de la sangre. La magnitud del riesgo, sin embargo, está estrictamente relacionada con el tipo de exposición, la zona irradiada y la dosis de radiación a la que uno estuvo expuesto.

En la naturaleza, la energía emitida por una fuente se llama radiación. La radiación incluye el calor liberado por la resistencia de un horno tradicional, las ondas de un horno microondas, la luz visible, las ondas de radio, pero también los rayos X utilizados, por ejemplo, para una radiografía, o los rayos gamma utilizados en pruebas de diagnóstico como como el PET o emitido por algunos elementos radiactivos. La radiación se propaga en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas (este es el caso de las partículas alfa y beta emitidas por materiales radiactivos). Lo que distingue a los distintos tipos son las características de la onda a través de la cual se propagan, en particular la longitud y la frecuencia: las ondas con mayor longitud y menor frecuencia transportan menos energía; viceversa, los cortos y de mayor frecuencia transportan más energía. La radiación ionizante representa una pequeña parte de este amplio espectro de radiación y tiene la mayor energía. Precisamente por esta característica son capaces de interactuar con la estructura atómica de la materia quitando electrones que orbitan alrededor del núcleo y dándole carga eléctrica al átomo (ionizándolos). La radiación ionizante es la única considerada cancerígena, porque la capacidad de ionizar la materia hace que también pueda interactuar con los tejidos de los seres vivos. Los rayos X, los rayos gamma, las partículas alfa y las partículas beta forman parte de las radiaciones ionizantes. Incluso una porción limitada de los rayos ultravioleta (los que tienen una longitud de onda más cercana a los rayos X, provenientes del Sol u otras fuentes) tienen propiedades ionizantes.