Učinki sevanja na žive celice se razlikujejo glede na vrsto, intenzivnost izpostavljenosti in celico. Za naše namene se »sevanje« nanaša na emisijo ionizirajoče energije, kot so nevtroni, fotoni in visokoenergijsko nabiti delci, kot so žarki gama. Obstaja več različnih vrst, vključno s kozmičnim sevanjem iz vesolja, zemeljskim sevanjem, ki ga oddajajo radioaktivni elementi v tleh, in tistim, ki ga je ustvaril človek, na primer pri detonaciji atomske bombe.
Žive celice se dejansko soočajo s precejšnjo količino sevanja; okoli 360 miliremov letno v Združenih državah, na primer. Miliremi so mimogrede enote odmerka; uporabljajo se za izračun rezultatov izpostavljenosti stvarem, kot so rentgenski žarki v bolnišnicah. Stopnja smrtonosne izpostavljenosti se med posamezniki razlikuje in je odvisna od vrste izpostavljenosti; ena sama izpostavljenost je smrtonosna pri približno 300,000 miliremih, na primer, medtem ko se višje odmerke lahko prenašajo, če so posledica dolgotrajne izpostavljenosti skozi čas.
Pri nizkih ravneh lahko poškodbe zaradi sevanja popravijo žive celice brez škodljivih učinkov. Višji odmerki lahko povzročijo, da celica postane sterilna, ali pa ovirajo sposobnost celice, da se pravilno razmnožuje, kar povzroči mutacije. Številni raki so na primer povezani z izpostavljenostjo sevanju, ki zmede celice in povzroči, da mutirajo in se hitro razmnožujejo. Pri izjemno velikih odmerkih sevanje povzroči celično smrt s postopkom, imenovanim termalizacija, ki v bistvu kuha celico od znotraj navzven.
Izpostavljenost lahko povzroči poškodbe celic na dva različna načina. V prvem smislu, neposredno delovanje sevanja, neposredno škoduje molekuli; na primer, ko sevanje posega v molekulo DNK in povzroči poškodbe celic. Prav tako lahko povzroči posredno škodo, tako da ionizira molekule in jih spremeni v potencialno strupene spojine, ki medsebojno delujejo z zdravimi molekulami in povzročajo škodo. Kisik, vodik, dušik in ogljik so zelo občutljivi na ionizacijo; na žalost živih celic ti elementi sestavljajo velik del živega organizma.
Pri zelo velikih odmerkih bo sevanje povzročilo velike poškodbe organov in tkiv, ki so preobsežne, da bi jih telo lahko popravilo. To povzroča akutni radiacijski sindrom, znan tudi kot sevalna bolezen. To stanje je pogosto zelo boleče in neprijetno ter vodi v smrt. Pri nižjih odmerkih je lahko povzročena škoda na bolj subtilni ravni in se lahko kaže kot rak ali kot prirojene napake, ki jih povzročijo poškodbe reproduktivnih tkiv pozneje v življenju. Nekatere celice so še posebej ranljive za poškodbe, zlasti celice, ki se hitro razmnožujejo; zato morajo biti nosečnice previdne pri virih sevanja, saj lahko poškodujejo razvijajoči se plod.
Eden nevarnejših vzrokov za sevanje so radioaktivni izotopi, saj se ti izotopi kopičijo v telesu in oddajajo sevanje, v nasprotju z enkratno izpostavljenostjo radioaktivnim delcem, kot so tisti, ki jih oddaja rentgen. Zaradi tega morajo biti ljudje, ki delajo z radioaktivnimi izotopi, zelo previdni, tisti, ki se uporabljajo pri postopkih, kot je medicinsko slikanje, pa imajo zelo kratko razpolovno dobo, kar pomeni, da hitro razpadejo in jih telo izrazi.