При воздействии ИИ в высоких дозах структурные нарушения происходят в любых биомолекулах. При облучении в относительно небольших дозах в первую очередь повреждаются высокополимерные соединения: нуклеиновые кислоты, белки, липопротеиды, полимерные соединения углеводов. Наиболее высокой радиочувствительностью обладают нуклеиновые кислоты. При облучении в ДНК происходят разрывы, чаще в одной спирали, но могут быть и одновременные разрывы обеих полинуклеотидных цепей (двойные разрывы). Последние чаще происходят при облучении ?-частицами, протонами и нейтронами. Аналогичные изменения наблюдаются и в облученном РНК. Облучение повреждает структуру белков в результате чего нарушается ферментативная и антигенная их активность. Согласно современным представлениям, при воздействии ИИ молекула белка может потерять один или несколько электронов или перейти в возбужденное состояние, при этом она становится неустойчивой и легко диссоциирует с образованием свободных радикалов. Инактивация биологической (в том числе и ферментативной) активности белка при воздействии ИИ может происходить в результате окисления или дезаминирования в активных центрах ферментов, разрывов полипептидных цепей, а также других процессов, изменяющих конформационную и химическую структуру белковой молекулы. Первичные изменения в жирах при взаимодействии ИИ состоят в образовании свободных радикалов, которые взаимодействуют с кислородом, являются источником возникновения перекисных соединений. Последние в свою очередь могут вступать в реакции с жирами, в результате чего образуются гидроперекиси, которые очень нестойки и в присутствии ионов металлов легко распадаются с образованием реакционно активных радикалов. Эти радикалы могут дать толчок к развитию цепных реакций окисления. Перекисные соединения разрушаются с образованием оксикислот, альдегидов и др. продуктов окисления жиров. Первичные изменения структуры углеводов наблюдаются при воздействии высоких доз ИИ и сводятся к деполимеризации и окислению полисахаридов. Это приводит к распаду углеводородной цепи и образованию кислот и формальдегида.