电离辐射对组织器官的作用是很广泛的，可以影响到全身所有组织系统。但在一定剂量水平上，由于组织细胞的辐射敏感性不同，各器官的反应程度也不一致。
一、造血器官
造血器官是辐射敏感组织，电离辐射主要是破坏或抑制造血细胞的增殖能力，所以损伤主要发生在有增殖能力的造血干细胞、祖细胞和幼稚血细胞。对成熟血细胞的直接杀伤效应并不十分明显。
（一)造血干细胞损伤
造血干细胞（hematopoietic stem cell)，有很高的辐射敏感性。常以脾结节生成单位（colony forming unit-spleen，CFU-S)作为造血干细胞的代名词。
根据测得的CFU-S的D0值可估算出照射后体内残存造血干细胞的数量。小鼠全身约有1.5～2×106个造血干细胞，以D0值0.9Gy计，照射2Gy，体内残留的造血干细胞约为10-1，照射4Gy约为10-２，照射6Gy则为10-3。一般认为，小鼠体内残留10-3CFU-S时，要恢复到原先的造血水平约需2周。在此期间动物可能死于感染或其它并发症。故把6Gy作为小鼠死亡的临界值。当受到＞8Gy照射后，则需要输入外源性造血干细胞以重建造血。
（二)造血祖细胞损伤
了解人的造血细胞损伤只能测定造血干细胞的后代造血祖细胞（hematipoietic progenitor cell)，造血祖细胞是造血干细胞分化为形态上可辨认的幼稚血细胞之前的中间阶段。照射后造血细胞随照射剂量增加而成指数下降。根据小鼠实验，CFU-S和CFU-GM的剂量存活曲线有很好的一致性。故可用骨髓细胞体外培养法来估价其它动物乃致人类造血干细胞的损伤程度。不同种系动物所测得的CFU-GM的D0值不同，人、犬和小鼠CFU-GM（粒单系集落形成单位)的D0值分别为1.27～1.37，0.59和1.9Gy。这与它们辐射致死的敏感程度是一致的。
（三)对造血调控的影响
正常情况下，血细胞生成有赖于造血微环境和体液因子的支持和调控。照射后造血微环境受到明显的损伤。
造血微环境（hemaopoietic microenvironment)由微血管系统、基质细胞和神经成分等构成。微血管系统对辐射比较敏感，照射后血管通透性增加，血流缓慢甚至完全中断，影响物质运输，产生活性代谢产物，加重造血损伤。血管系统的变化与造血细胞退变坏死几乎同步发生，且与照射剂量密切相关。
造血基质细胞是造血微环境的重要的构成成分，它包括纤维细胞、巨噬细胞、网状细胞、脂肪细胞和上皮样细胞。造血基质细胞通过释放体液因子和细胞间短距离调控参与血细胞生成，基质细胞的数量，类型和比例改变，都可影响造血过程。成纤维细胞被认为是基质细胞祖细胞（fibroblast colony forming unit，CFU-F)，对辐射有较高的敏感性。小鼠CFU-F的D0值为1.4～2.5Gy γ线，小鼠全身照射6Gy以后，股骨内CFU-F立即减少且难以恢复。造血微环境的破坏显然可加重造血损伤，延缓恢复，既不利于内源性干细胞的生长增殖，也不利于外源性造血干细胞的植入和生长。
集落刺激因子（colony forming stimulator，CFS)是调节血细胞增殖分化的一种体液因子。照射后血清CFS含量增加，可能是一种反馈调节。在有完善的造血干细胞和造血微环境下，CFS可促进造血的恢复。目前已将CFS试用于放射损伤的临床治疗。
二、胃肠道
胃肠道也是辐射敏感器官之一，尤以小肠最敏感，胃和结肠次之。辐射对胃肠道的影响是多方面的，最显著的是照后早期恶心呕吐、腹泻，和小肠粘膜上皮的损伤。辐射对胃肠道的运动、吸收、分泌功能也有影响，如胃排空延迟，胃酸分泌减少；早期小肠收缩和张力增高，分泌亢进，肠激酶活力增强，但吸收功能降低。后期运动、分泌功能都降低。
（一)早期恶心呕吐和腹泻
全身照射或腹部照射都可在照后早期出现恶心呕吐，照射1Gy左右即可发生，持续数小时之久。其出现的快慢、呕吐次数和持续时间长短，都与照射剂量有关。
在较大剂量（＞4～5Gy)照射后，早期还可出现腹泻，大于10Gy照射可发生多次或频繁腹泻。可能是继发于小肠运动功能紊乱，也可能是照射后体内释放的某些体液因子如乙酰胆碱、5-羟色胺、组织胺等作用的结果。
