La radiación ionizante consiste en energía electromagnética (rayos X o gamma), o partículas
dotadas de movimiento (rayos Beta, electrones, neutrones, protones, etc.).
Estas formas de radiación, al interactuar con la materia, producen ionización; es decir,
desplazamiento de electrones de los átomos y formación de radicales libres, los cuales producen daño a las macromoléculas celulares, fundamentalmente ADN y ARN.
Este daño conduce a modificaciones biológicas como inhibición de la división celular, muerte celular, detención del crecimiento de un tumor, desaparición de un tumor. Estos efectos biológicos tienen lugar en todas las células expuestas, tanto tumorales como normales.
La radioterapia como especialidad clínica se encarga de buscar maneras de obtener una ganancia terapéutica; en otras palabras, lograr que el daño sea mayor e irreversible sobre las células de un tumor, y sustancialmente menor y recuperable sobre los tejidos normales.