Die in Medizin und Technik verwendete Photonenstrahlung umfasst den Bereich nieder- und hochenergetischer Röntgenstrahlung aus Röntgenröhren und Beschleunigern (10 keV - 50 MeV) und die von radioaktiven Atomkernen ausgesendete Gammastrahlung mit Energien zwischen wenigen Kiloelektronenvolt und mehreren Megaelektronenvolt.

Bei der Wechselwirkung dieser Strahlungen mit Materie kann es zur vollständigen oder teilweisen Absorption der Photonenenergie und zur Streuung (Richtungsänderung) der Photonen kommen.

Dabei entstehen in der Regel freie, elektrisch geladene Sekundärteilchen wie Elektronen und Positronen. Diese können ihrerseits die sie umgebende Materie anregen und ionisieren und dabei Energie an die durchstrahlte Materie abgegeben. Da die Ionisation der durchstrahlten Materie überwiegend indirekt über diese Sekundärteilchen und nicht unmittelbar von den Photonen verursacht wird, zählt man Photonenstrahlung zu den indirekt ionisierenden Strahlungsarten.

Die primären Wechselwirkungsprozesse der Photonen mit dem durchstrahlten Material bewirken eine Schwächung des ursprünglichen Photonenstrahls wobei es zur Umwandlung von Photonenenergie in Bewegungsenergie, d. h. zum Energieübertrag von Photonen auf geladene Sekundärteilchen kommt.

Photonen können mit der Atomhülle oder mit den Atomkernen des Absorbers wechselwirken. Zu den Hüllenwechselwirkungen gehören die klassische Streuung (auch kohärente Streuung, Rayleigh-Streuung, Thomson-Streuung), die ohne Energieübertrag stattfindet, der Photoeffekt und der Comptoneffekt (inkohärente Streuung).

Der Wechselwirkungsprozeß von Photonen mit den elektromagnetischen Feldern der Atomkerne ist die Paarbildung.

Die Wechselwirkung von Photonen mit dem Atomkern oder einzelnen Nukleonen wird als Kernphotoeffekt bezeichnet, die dabei stattfindenden Kernumwandlungen nennt man Kernphotoreaktionen.

Da Photonen keine elektrischen Ladungen tragen, ist die Wahrscheinlichkeit für eine Wechselwirkung mit Materie wesentlich kleiner als diejenige für die Wechselwirkung geladener Teilchen. Photonenstrahlung kann deshalb sehr durchdringend sein und erfordert einen aufwendigen Strahlenschutz.