構成生命的基本單元是細胞。每個細胞都是一個高級的複雜系統，其平均直徑只有10～5米。細胞基本上是由兩部分組成的，一是細胞核，一是細胞質。細胞核內染色體的基本結構，是由基因組成的。其功能是控制細胞的繁殖和細胞質的活動。細胞質是細胞的動力工廠，它可把食物轉化成能量和簡單分子。
所有動物的生長髮育，都是通過細胞的增殖來實現的。細胞數目的增加，是細胞分裂的結果。這種細胞分裂過程，稱之為有絲分裂。核輻射對細胞核的損傷作用，是可使它分裂細胞的功能減弱。正常的有絲分裂如果受到這種作用，最終可能會引起細胞死亡。核輻射對細胞的另一種損傷作用，是使基因發生交替變化，但細胞仍能進行有絲分裂。如果這種細胞是繁殖細胞(或生殖細胞)，那麼這種損傷作用將產生十分嚴重的後果。
由於細胞的特殊恢復機理，核輻射對生物機體的殺傷作用，不僅取決於總的核輻射劑量，而且取決於接受射線輻照的速率。
人體組織受到核輻射的照射後，會受到電離作用的損傷。這種損傷作用，使人體的大多數細胞在組成和功能兩方面都受到影響。然而，核輻射電離作用的生物學後果，不僅取決於肌體組織所吸收能量的多少(即多少拉德的吸收劑量)，而且還取決於核輻射引起細胞組織電離的方式以及核輻射的性質。某些射線在按拉德數來衡量時，其生物殺傷作用要比另外一些射線大。因此，必須引入一個比較因數和一個新的測量單位。
品質因數的意義是，當所考慮的核輻射為1拉德時，其對人體的殺傷作用與若干拉德γ輻射對人體殺傷作用相同條件下所需γ輻射的拉德數。也就是說，品質因數越大，這種核輻射按拉德數換算的殺傷作用也就越大。
雷姆是核輻射生物殺傷效應的劑量單位。它的代號Rem是英文人體倫琴當量的縮寫。以雷姆為單位的劑量是這樣換算得到的：用按拉德計算的吸收劑量乘以所受到的核輻射的品質因數。比如，10拉德品質因數為5的核輻射劑量，等於50雷姆。列成公式是：劑量(雷姆)=吸收劑量(拉德)×品質因數。
日前，世界上又在推廣使用一個新的反映核輻射生物效應的國際劑量單位，這就是希沃特(國際代號SV)。1希沃特等於100雷姆。在軍事使用上，品質因數往往規定為1。
核輻射的生物效應，還與人體受核輻射照射的部位有關，特別是與那些對維持人體健康具有重要作用的細胞的受損程度有關。人體對核輻射最敏感的組織部位是：
骨髓，製造新的血細胞的重要組織;
腸線，核輻射損傷會妨礙腸線按正常的方式進行自我更新;
腦細胞和肌細胞，腦細胞如果受到嚴重的損傷，會導致中樞神經系統功能衰竭。
在機體的這些組織部位當中，骨髓對核輻射的損傷作用是最敏感的，腦細胞則是最不敏感的。不過，從核輻射損傷病症出現的時間來看，骨髓症狀出現得最遲，而腦細胞損傷病狀則出現得最早。這是因為減少新的血細胞供給要經過一定時間才能對人體機能產生影響。而人體中樞神經系統的功能衰竭，是會立即顯示出來的。在人體受到相對較小劑量的核輻射作用後，其症狀將會遲延出現。原因即在於此。
核輻射對暴露人員健康狀況的最終影響，還取決於人員肌體受到核輻射照射的部位有多大。如果機體只有一部分受到輻照，那麼僅僅是這部分機體的骨髓受到損傷。在一定限度內。人體未受損害的那部分組織，將會繼續維持機體的健康狀況，甚至還能恢復受照機體被損傷組織的生理機能。
由於任何特定劑量的核輻射對機體的危害程度因人而異，因此不可能確切地說明給定劑量的生物效應，而只能指明其預期的平均結果。
