Všechny typy biomolekul mohou být napadeny radikály, které pocházejí z ionizace vody nebo (i když méně často) mohou být samy ionizovány a vytvářet radikály. Avšak nejdůležitější molekulou, jejíž osud určuje další osud buňky, je DNA. Obsahuje genetickou informaci buňky a je v buňce přítomná ve dvou kopiích.

Energie dodaná ionizací nebo napadením radikálem se využívá k přerušení chemických vazeb a vytvoření nových. Jak je dosud známo, nejdůležitějším typem poškození DNA je tzv. přerušení vlákna, tj. zrušení fosfodiesterové vazby v hlavním řetězci DNA. Pokud k tomu dochází pouze na jedné straně dvojité šroubovice - jednoduchý zlom, zachovává si DNA svou druhou stranu. Avšak pokud je přerušen i druhý hlavní řetězec, může dojít k dvojnému zlomu. Pokud dva jednoduché zlomy od sebe oddělí více než 3 páry bází, potom vodíkové můstky mezi opačnými vlákny obvykle brání rozdělení DNA, avšak jeden či dva vodíkové můstky nejsou k tomuto účelu dostatečně pevné a vznikne dvojný zlom.

Tvorba dvojných zlomů z blízkých jednoduchých zlomů.  

A) intaktní DNA

B) DNA s jednoduchým zlomem

C) DNA se dvěma jednoduchými zlomy přes tři báze

D) DNA se dvěma jednoduchými zlomy přes jednu bázi

Energie dodaná DNA může též rozštěpit glykosidové vazby mezi jednotlivými bázemi a řetězcem DNA, takže se vytvoří apurinová a apyrimidinová místa (místa, ve kterých chybí purinové či pyrimidinové báze). Navíc se mohou samotné báze modifikovat, mohou se otevřít jejich kruhové struktury, může se připojit voda (tvorba hydrátu) nebo hydroxylperoxid (tvorba glykolu).

Dávka 1 Gy (= absorbovaná energie 1 J/kg) vede k vytvoření zhruba 360 000 radikálů v každé buňce (při hmotnosti buňky zhruba 1 ng, konverzním faktoru 6^.10¹⁸ eV/J a výše zmíněných hodnotách G). Každá buňka ozářená dávkou 1 Gy bude proto obsahovat:

• 1 000 modifikací bází;  
• 1 000 jednoduchých zlomů;  
• 40 dvojných zlomů.  

Tato situace buňky je dále komplikována skutečností, že místa poškození nejsou rozdělena rovnoměrně. Řada z nich se nalézá ve formě klastrů (shluků): hovoříme o lokálně vícečetně poškozených místech. To souvisí s tím, co bylo řečeno výše: jeden přicházející foton či částice způsobuje celou kaskádu ionizací a proto bude obvykle v dvouvláknové šroubovici DNA nebo okolo ní (průměr 2 nm) několik radikálů a tyto radikály povedou ke zlomům vláken a modifikací bází blízko sebe.

Tvorba vícečetných lokálních poškození. Skupina radikálů vyvolaná kaskádou může mít podobný rozměr jako DNA a způsobit shluk poškození

(modifikováno podle Hall (2000) obr. 2.4)

Výše udané hodnoty pro modifikace bází a zlomy vláken vyvolané dávkou 1 Gy jsou podobné pro všechny druhy ionizujícího záření, od rentgenového a záření γ k částicím α a β a neutronům. Poslední z nich však vytvářejí větší poškození typu klastrů (shluků) vzhledem ke způsobu uložení jejich energie v buňce.