La definizione delle Radiazioni Ionizzanti fa riferimento all'effetto che producono sulla materia. La loro natura fisica può essere tuttavia molto diversa. I "raggi", come sono popolarmente chiamate le radiazioni ionizzanti, possono essere costituiti da:

  • Onde elettromagnetiche ad altissima frequenza (raggi g, raggi x)
  • Particelle elementari cariche , come elettroni (costituenti i raggi b ) e protoni, o neutre, come i neutroni
  • Aggregati di particelle elementari ( come la radiazione a, costituita da particelle formate da due protoni e da due neutroni, in pratica nuclei di elio), frammenti di nuclei pesanti.

Tutti questi tipi di radiazione trasportano energia.

Nel caso in cui la radiazione è costituita da particelle dotate di massa è facile immaginare l'energia trasportata come energia cinetica delle particelle medesime.

Nel caso della radiazione di natura elettromagnetica, il flusso di energia è la radiazione medesima. A differenza però di quanto l'espressione "flusso di energia" fa pensare, l'energia elettromagnetica viene emessa dalle sorgenti di radiazione, e assorbita dalla materia, per quantità finite, "pacchetti" di energia chiamati fotoni. Anche la radiazione ionizzante di natura elettromagnetica ha dunque un carattere corpuscolare: le particelle non sono però masse materiali, ma grani di energia.

Si indica come energia della radiazione ionizzante elettromagnetica (x, g ) la quantità di energia contenuta in un fotone della radiazione, ovvero l'unità di scambio energetico di tale radiazione con la materia.

L'intensità della radiazione è invece collegata al flusso complessivo di energia trasportata, ovvero al numero di fotoni. Una radiazione elettromagnetica può essere intensissima, ma non avere alcun effetto ionizzante, se i fotoni di cui essa è costituita non hanno energia sufficiente a produrre l'effetto di ionizzazione. E' quello che capita, per esempio, in un forno a microonde, o in prossimità di un faro luminoso, o della piastra riscaldante di una stufa. Tutti esempi di sorgenti di radiazioni elettromagnetiche non ionizzanti, rispettivamente di microonde, luce visibile e raggi infrarossi. Il confine tra radiazione elettromagnetica ionizzante e non ionizzante è posto convenzionalmente ad un'energia dei fotoni di 13,7 elettronvolt (eV), che è l'energia di legame nello stato fondamentale dell'unico elettrone dell'atomo di idrogeno. Si ha comunemente a che fare con radiazioni x di migliaia di eV, e con radiazioni g di centinaia di migliaia o di milioni di eV. Valori apparentemente molto grandi. In realtà, l'eV è un'unità di misura dell'energia piccolissima, su scala ordinaria. L'energia di un fotone di 1 milione di eV (1 MeV) è dell'ordine di un deci-milli-miliardesimo di joule.
Il joule è l'energia necessaria per sollevare il peso di un chilogrammo di dieci centimetri.