Sõltuvalt saadavast doosist on ioniseerival kiirgusel palju mõjusid. Ioniseeriv kiirgus on kas lained või osakesed, mille tõttu aatomid, mida nad tabavad, kaotavad oma elektronid, ioniseerides aatomeid. Sellel protsessil võib olla kahjulik mõju elusorganismidele, kuna ioniseeritud aatomid ehk vabad radikaalid kahjustavad inimkeha geneetilisel tasandil. Olenevalt annusest võib ioniseeriva kiirguse mõju ulatuda märgatavatest sümptomitest kuni vähini. Kuna ioniseeriv kiirgus on probleemiks paljudes tööstusharudes, kehtivad töötajate kaitsmiseks erinevad eeskirjad ja kaitsemeetmed.
Ioniseeriva kiirguse peamised allikad on kosmilised kiired, tuumasünteesi, tuuma lõhustumine ja radioaktiivne lagunemine. Kõik need allikad võivad tekitada üht kolmest peamisest ioniseeriva kiirguse tüübist: alfa-, beeta- ja gammakiirgus. Alfa on kõige vähem kahjulik, samas kui gamma, mis tekib tuumaplahvatuse käigus suurtes kogustes, on kõige kahjulikum. Gammakiirguse eest kaitsmiseks on vaja mitmeid ohutusmeetmeid. See ei tähenda siiski, et tohutu alfa- või beetakiirguse doos ei kahjustaks inimest.
Ioniseeriva kiirguse mõju algab raku tasandil. Kokkupuute hetkel läbivad vabad radikaalid keha valguse kiirusel. See asub raku tuumas, organismi geneetilise materjali hoiukohas, kus pommitamine teeb kõige rohkem kahju. Kui DNA ahel saab väikese kahjustuse, saab DNA end parandada. Lisage veel veidi kahju ja rakk hävib ise, et mitte kahjustada organismi.
Ioniseeriva kiirguse mõju muutub probleemiks, kui rakk saab nii kahjustatud, et selle enesehävitusmehhanism enam ei tööta. Loomadel võib ühest rakust saada pahaloomulise vähi seeme. Suuremad ioniseeriva kiirguse doosid võivad põhjustada mitmete kasvajate teket kogu kehas. Kõige äärmuslikumad tagajärjed ilmnevad siis, kui loom saab surmava annuse ioniseerivat kiirgust. Kiiresti jagunevad rakud, näiteks need, mida leidub luuüdis ja seedetrakti limaskestas, surevad massiliselt nende kahjustatud DNA tõttu; surm on peaaegu kindel.
Tööstusharudes, mille töötajaid ohustab ioniseeriva kiirguse mõju, on kokkupuute vältimiseks üldiselt kehtestatud eeskirjad ja kaitsemeetmed. Näiteks tuumaelektrijaamades ja tuumauuringute laborites on nii plii- kui ka grafiidivarjestus, et kaitsta insenere radioaktiivsete materjalide eest. Nendes rajatistes on ka kiirgusandurid, mis annavad kiiresti töötajatele teada, kui peaks juhtuma kiirgusleke. Enamikul röntgenlaboritega haiglatel on samad kaitsemeetmed. Kommertslennunduses takistavad paljud lennufirmad rasedatel naistel lennukimeeskonda kuulumast atmosfääri ülemistes kihtides esineva ioniseeriva kiirguse suurenenud taseme tõttu.