Změny v biochemických testech při nemoci z ozáření musíme rozdělit na primární, které jsou přímým důsledkem působení ionizujícího záření a sekundární, které se objevují v důsledku patofyziologických změn organizmu. Řada biochemických změn v organizmu souvisí s únikem vody do mimobuněčného prostoru, a tím redistribucí elektrolytů a případně bílkovin.

V závislosti na velikosti radiační dávky jsou patrné změny v procentuálním zastoupení jednotlivých bílkovinných frakcí v krevní plazmě. Desátý den po ozáření dávkou vyšší než 4 Gy se objevuje hypoalbuminémie, která přetrvává do 30. dne. Stav se zhoršuje zvláště při poruchách trávení v důsledku radiačního poškození tenkého střeva a při radiační dermatitidě. V časové shodě s rozvojem infekčních komplikací se objevuje zvýšení procentuálního zastoupení globulinů a₁ a a₂. Zvýšení b frakce bylo popsáno pouze v experimentu, stejně jako přechodný pokles g globulinů. U 40 % horníků pracujících v uranovém průmyslu byla zjištěna dysgamaglobulinémie.

Ze sérových změn po ozáření je nejvýraznější hyperlipidémie, na které se s výjimkou fosfolipidů podílí všechny ostatní složky (cholesterol, triacylglycerol, mastné kyseliny, b-lipoprotein).

Ze sérových enzymů byla největší pozornost věnována aminotransferázám, laktátdehydrogenáze, alkalické fosfatáze, amyláze a proteázám.

U postižených z havárie v Černobylu byla pozorována zvýšená aktivita alaninaminotransferázy (ALT), aspartátaminotransferázy (AST) a g-glutamyltransferázy (GGPT), přičemž časnost změn byla dána velikostí dávky. V experimentu u psů takto výrazné změny pozorovány nebyly, i když i zde došlo k přechodnému vzestupu.

Výrazným znakem radiačního poškození organizmu je zvýšená aktivita a-amylázy těsně po ozáření, s postupným poklesem. Některé práce prokázaly, že na jejím zvýšení v séru se podílí vzestup její aktivity ve slinných žlázách a předpokládají, že by tento mechanizmus mohl být využit při posuzování odhadu dávkové zátěže hlavy.

Dalším enzymem sledovaným v souvislosti s radiačním poškozením je laktátdehydrogenáza (LDH). I když zde není názorová shoda pracovišť, zabývajících se touto problematikou, lze předpokládat, že těsně po ozáření dochází ke zvýšení aktivity, pravděpodobně na základě zvýšené aktivity5-izoenzymu, v důsledku jeho uvolnění z jaterních buněk po hepatocelulárním poškození a v průběhu 7 - 10 dnů aktivita opět klesá.

Hladina kreatinfosfokinázy (CPK) stoupá mezi 3. - 10. dnem po ozáření v závislosti na rozsahu radiačního poškození kůže.

Aktivita alkalické fosfatázy (AF) těsně po ozáření klesá (pokles je pozorován ve všech třech jejích složkách, tj. jaterní, střevní a kostní). Doba obnovy je závislá na velikosti radiační dávky a není u jednotlivých izoenzymů shodná, nejdéle přetrvává pokles u kostního izoenzymu.

V terminálním stadiu u postižených dochází k výraznému zvýšení obsahu kreatininu a N-urey. Tento vzrůst je dán jednak zvýšeným rozpadem buněk, jednak možným poškozením ledvinné tkáně a důsledkem poruchy její funkce.

Zvýšený rozpad erytrocytů může být příčinnou vzrůstu koncentrace železa a bilirubinu. Z prvků současně dochází i ke zvýšení hladiny mědi a zinku. Důsledkem zvýšeného katabolizmu je kalémie, změny koncentrace natria achlóru jsou již projevem sekundárním, i když některá pracoviště popisují mírné zvýšení natrémie a kalémie těsně po ozáření bez závislosti na dávce záření.

U ozářených dochází k mírnému zvýšení glykémie.

V krevním séru byla sledována dosud u ozářených organizmů ještě řada dalších biochemických komponent (transferin, haptoglobin, ceruloplasmin, kalikrein, hemopexin). S ohledem na možnost jejich stanovování pouze na specializovaných pracovištích.

Kromě biochemického vyšetření krevního séra je z diagnostického hlediska rovněž stejně významné biochemické vyšetření moče. Sběr moče má proti krevnímu vyšetření i řadu výhod. Nejedná se o invazivní metodu, je možné kontinuální sledování po dobu celých 24 hodin, nemocný není ohrožen případnou možnou komplikací spojenou s odběrem krve.

V moči dochází ke zvýšení aktivity některých enzymů ve shodě s krevním sérem - jedná se především o a-amylázu a koncentraci některých látek - zejména kreatininu. K objektivnímu posouzení hladiny minerálů v krevním séru je nutné znát i jejich ztráty močí.

Po ozáření je dále pozorováno zvýšené vylučování některých aminokyselin (taurin, glycin, tryptofan, tyrosin, kyselina b-aminomáselná), tryptofanových metabolitů (kynurenin, kyselina kyruninová a xanturenová) a serotoninových metabolitů (kyselina 5-hydroxylindoloctová).