放射線の主たる標的は細胞核内の DNA である．放射線は DNA にさまざまな傷を与えるが，そのなかでもっとも重要な損傷は DNA 二本鎖切断である．細胞が生存し続けるためには，この二本鎖切断は正確に修復される必要がある．本稿では放射線の作用，二本鎖切断の概要，および DNA 切断を反映する染色体損傷の解析について述べる．また，X 線では治癒が期待できない腫瘍に対して粒子線治療の効果が期待されているが，X 線および粒子線の生物学的効果の違いを染色体レベルから解説する．