Biologická radioprotekce využívá netoxické látky nebo fyziologické resp. patofyziologické děje s cílem navodit vyšší odolnost organizmu vůči ionizujícímu záření. Zde můžeme uvést:

• hypoxii (která v radioterapii je běžně využívána);
• hypotermii;
• endotoxiny a polysacharidy izolované z bakterií kmenů Salmonely tyfy, paratyfy či Proteus vulgarit;
• vitamín C, kyselina nikotinová, kyselina pantotenová a vitamín E;
• rostlinné extrakty, například z ženšenu, z pohanky;
• antibiotika;
• pohlavní hormony (zejména estradiol);
• heparin, reserpin, insulin aj..

Širší využití biologických radioprotektivních látek v klinice nebo při havarijních situacích je však u jejich převážné většiny v současné době zcela nereálné. Ať již s ohledem na dobu podání (někdy i několik dní před ozářením), tak i proto, že ochranná radioprotektivní účin­nost těchto látek je proti chemickým radioprotektivům pod­statně nižší.

Za biologický faktor je možné považovat rovněž aktuální stav ozařovaného organizmu, především jeho stáří, pohlaví a zdravotní stav. Menší radiorezistence je v mládí, kdy organizmus s nízkým stupněm diferenciace buněk a tkání a s relativně vysokou mitotickou aktivitou je citlivější k ozáření, stejně jako starý organizmus, který má omezené schopnosti reparace poškozených tkání. Významnou roli v radiorezistenci hraje rovněž pohlaví. Jedinci samičího (ženského) pohlaví jsou mírně odolnější než samci (muži). Lepší přirozená odolnost samic je spojována s jejich biologickým určením a je podmíněna nejspíše neurohumorálně. Významná je též druhová odlišnost biologických objektů k účinkům ionizujícího záření, jak je uvedeno v tabulce.

Nejvíce prostudovanou oblastí je chemická radioprotekce.