Die im folgenden beschriebenen beiden Möglichkeiten der Strahlenwirkungen führen zu sehr unterschiedlichen Auswirkungen auf den Organismus.

Deterministische Strahlenwirkungen
Die meisten Organe oder Gewebe werden auch durch bedeutende Zellverluste in ihrer Funktion nicht wesentlich beeinflußt. Wenn die Anzahl der geschädigten oder abgetöteten Zellen jedoch zu groß wird, wird eine Beeinträchtigung der Funktion des Organs auftreten.

Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten dieser Wirkung wird bei kleinen Strahlendosen Null sein (die Wirkung wird nicht eintreten), aber nach Überschreiten einer Dosisschwelle gegen Eins gehen (die Wirkung wird auf jeden Fall auftreten).

Der Schweregrad der Schädigungen wird, wenn die Schwelle überschritten ist, mit der Dosis ansteigen. Diese Strahlenwirkungen werden heute deterministische Wirkungen genannt. Früher waren die Bezeichnungen Strahlensyndrom, akute Wirkungen oder nichtstochastische Wirkungen üblich.

Stochastische Strahlenwirkungen
Wenn die durch die Strahlung betroffene Zelle nicht zerstört, sondern nur modifiziert wird, ist die mögliche Folge der Exposition eine ganz andere. Trotz der Existenz von wirksamen Abwehrmechanismen kann aus der Reproduktion einer lebenden modifizierten Zelle ein krankhafter Zellklon entstehen, der zur Manifestation eines Karzinoms führt. Eine meist erhebliche Verzögerungszeit (Latenzzeit) wird dabei zwischen Strahlenexposition und Manifestation der Erkrankung zu beobachten sein.

Die Wahrscheinlichkeit eines Karzinoms als Strahlenfolge ergibt sich aus der Dosis. Die Auftretenswahrscheinlichkeit ist in erster Näherung der Dosis proportional und wahrscheinlich existiert keine Dosisschwelle. Diese Überlegungen gelten unter der Schwelle für deterministische Effekte, wobei der Schweregrad der Erkrankung durch die Dosis nicht beeinflußt wird (Karzinom ist Karzinom).

Diese Wirkungen werden heute stochastische Wirkungen genannt, wobei mit diesem Begriff die zufällige oder statistische Natur ausgedrückt werden soll. Wenn die Strahlenwirkung eine Zelle betrifft, mit der genetische Information an spätere Generationen übertragen werden kann, manifestiert sich der Strahlenschaden unter Umständen erst in einer späteren Generation. Diese stochastischen Effekte werden vererbbar bzw. genetische Schäden genannt.