Der Angriffsort der Bestrahlung ist die im Zellkern befindliche DNS. Die DNS jeder Zelle enthält alle Informationen, die für den Aufbau und die Funktion des menschlichen Körpers notwendig sind. Vor einer Teilung von Körperzellen, die in fast allen menschlichen Geweben ständig stattfindet, wird die DNS im Zellkern verdoppelt und dadurch die gesamte Information der DNS an die neu entstehende Zelle weitergegeben.
Hochenergetische Strahlen können zu Veränderungen an der DNS und damit zu Störungen der Informationsweitergabe führen. Hierdurch kann die Zelle entweder direkt absterben oder die Fähigkeit verlieren, sich zu teilen, sodass es zu einer raschen Überalterung und damit zum vorzeitigen Absterben des Gewebes bzw. Tumors kommt. Die abgestorbenen Tumorzellen werden durch körpereigene Enzyme in Eiweißbausteine zerlegt. Die Strahlenschädigung der DNS findet natürlich auch an gesunden Körperzellen statt, jedoch enthalten normale Körperzellen viele Reparaturenzyme. Diese können DNS-Schäden erkennen und reparieren.
Auch Tumorzellen haben Reparaturmöglichkeiten, doch laufen diese im Allgemeinen langsamer ab als im Normalgewebe. Aus diesem Grund wird die Strahlendosis in viele kleine Einzeldosen aufgeteilt, um die bessere Erholungsfähigkeit der gesunden Zellen auszunutzen.
