ความเสียหายทางชีวภาพที่ร้ายแรงที่สุดเกิดขึ้นเมื่อชิ้นส่วนของสารกัมมันตภาพรังสีที่ปล่อยออกมาหรือแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุล ตัวอย่างเช่น การแผ่รังสี อนุภาคแอลฟาและบีตาที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาการสลายตัวของนิวเคลียร์มีพลังงานสูงกว่าพลังงานพันธะเคมีทั่วไปมาก