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 γ, raggi X)
  • Particelle elementari cariche, come elettroni (costituenti i raggi β) e protoni, o neutre, come i neutroni
  • Aggregati di particelle elementari (come la radiazione α, costituita da particelle formate da due protoni e da due neutroni, in pratica nuclei di elio), frammenti di nuclei pesanti.

    schema radiazioniFonte: arpa.veneto.it

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, γ) 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 γ 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.