Die Betroffenen werden hochenergetischer Teilchenstrahlung ausgesetzt. Diese schädigt auf molekularer Ebene die Menschliche DNA. Ist die Strahlendosis gering, kann der Körper die Schäden durch Reparaturprozesse beheben, bei großer Strahlenexposition werden die Zellen jedoch durch Apoptose zerstört. Bei zu großem Zellverlust kommt es zum Ausfall wichtiger körperlicher Funktionen.
Der Krankheitsverlauf beginnt mit dem Strahlenkater, dieser äußert sich durch Übelkeit, Erbrechen, Kopfschmerzen und Erschöpfung. Anschließend befinden sich die Betroffenen in einer Latenzphase mit relativem Wohlbefinden.
Nach dieser Phase treten die eigentlichen Symptome auf. Diese sind Fieber, Infektionen, Blutungen, Haarausfall, Geschwüre im Mund- und Rachenraum, Hirnödeme und Störungen der Blutbildung. Der Schweregrad der Symptome hängt unmittelbar von der Dosis der Strahlung ab.
Eine Strahlenexposition von zwei bis fünf Gray schließt eine Genesung des Patienten nicht aus. Bei einer Bestrahlung bis 30 Gray, sterben die Patienten nach etwa ein bis zwei Wochen. Ist die Exposition höher tritt der Tod sofort oder nach wenigen Stunden ein.
Überlebende Patienten leiden normalerweise noch Jahre nach der Exposition unter chronischen Spätschäden.