Гама-лъчите преминават през човешкото тяло, без да намалят скоростта си, и разбиват клетките като при стрелба с микроскопични куршуми.
Силното излагане на йонизираща радиация предизвиква остър радиационен синдром (ОРС), при който човешките тъкани се пренареждат и разрушават на микроскопично ниво.15 Симптомите при наличие на ОРС са гадене, повръщане, кръвоизливи и косопад, след което капитулира имунната система, костният мозък се изтощава, вътрешните органи се разпадат и накрая настъпва смърт.
За пионерите на атомната физика, които първи изследват „светещата материя“ в края на ХIX в., радиационните ефекти са били омагьосващо интересни.16 По време на един експеримент Вилхелм Рьонтген, който открива рентгеновите лъчи през 1895 г., с изненада видял костите на ръката си на стената на своята лаборатория. Съвсем скоро след това той направил първата рентгенова снимка на лявата ръка на съпругата си, на която даже личала халката ѝ, но тя била ужасена и възкликнала: „Видях смъртта си!“17 Рьонтген взел предпазни мерки срещу въздействието на своето откритие, но други учени не били достатъчно предпазливи. През 1896 г. Томас Едисън конструирал флуороскопа, с който можел да прожектира рентгеновите лъчи върху екран и да наблюдава вътрешността на твърдите тела.18 Той се нуждаел от помощник за експериментите си, който трябвало непрекъснато да поставя ръцете си върху капака на една кутия, но по този начин ги излагал на рентгеново облъчване. Когато върху едната ръка на помощника се появявали изгаряния, той просто слагал другата върху капака. Изгарянията обаче не заздравявали. Накрая лявата ръка на помощника, както и четирите му пръста на дясната, били ампутирани. Когато открили рак на дясната му ръка, лекарите отрязали и нея. Болестта се разпространила и по гърдите и през октомври 1904 г. той починал, ставайки първата известна жертва на радиация, причинена от човек.
Въпреки че вредата от излагане на външна радиация станала известна, опасните последствия от вътрешната радиация не се разбирали достатъчно добре.19 В началото на ХХ в. аптеките продавали патентовани лекарства, съдържащи радий като здравословна тонизираща съставка, която се употребявала от хора, вярващи, че радиоактивността ще им даде повече енергия. През 1903 г. Мария и Пиер Кюри получили Нобелова награда за откритието на полоний и радий, емитиращ алфа-частици, около милион пъти по-радиоактивни от урана.20 Те го извличали от тонове вискозна смолиста руда в тяхната лаборатория в Париж. Пиер загинал в автомобилна катастрофа, а Мария продължила да изследва свойствата на радиоактивните съединения до смъртта си през 1934 г., причинена най-вероятно от увреждания в костния мозък вследствие на радиация. Повече от 80 години по-късно лабораторните записки на Мария Кюри продължават да бъдат толкова радиоактивни, че ги държат в кутия с оловно покритие.
Тъй като радият може да се смесва с други химически елементи, като предизвиква флуоресценция, часовникарите го използвали, за да правят светещи цифри на циферблатите.21 Те наемали жени за деликатната задача да ги изрисуват. В часовникарските работилници в Ню Джърси, Кънектикът и Илинойс „радиевите момичета“ били обучавани да облизват върховете на четките, за да ги изострят, преди да ги потопят в боята с радий. Когато челюстите и скелетите на първите момичета започнали да загниват и да се разпадат, работодателите им предположили, че са болни от сифилис. След едно успешно съдебно дело се установило, че техните началници са знаели за рисковете от работа с радий, но са правели всичко възможно да скрият истината от своите работници.22 Така за пръв път обществеността научила за рисковете и опасностите от поглъщане на радиоактивен материал.
В последна сметка биологичното въздействие на радиацията върху човешкото тяло започнало да се измерва с бер (биологичен еквивалент на рентгена) и да се определя чрез сложна комбинация от фактори: вид радиация, времетраене на облъчването; какво количество е проникнало в тялото и къде; колко чувствителни са съответните части на тялото към радиационното увреждане. Органите, в които клетките бързо се делят – костният мозък, кожата, стомашно-чревният тракт, – са повече изложени на риск, отколкото други, като например сърцето, черния дроб и мозъка. Някои радионуклиди, като радият и стронцият, излъчват по-силна радиация и затова са по-опасни от други елементи, като цезия и калия.23
Оцелелите от бомбардировката с атомната бомба над Хирошима и три дни по-късно над Нагасаки дадоха първата възможност за изучаване на последиците от острия радиоактивен синдром върху голям брой хора.24 Впоследствие те бяха включени в проект за следващите 70 години, като се създаде универсална база данни за дългосрочното въздействие на йонизиращата радиация върху човешките същества. От оцелелите след първоначалната експлозия в Нагасаки 35 000 умират през първите 24 часа; на онези, които получават ОРС, им пада косата след една-две седмици и получават кървава диария, последвана от инфекция и висока температура.25 След три месеца умират нови 37 000 души. Около толкова оцеляват за по-дълго време, но след още три години развиват левкемия. Към края на 40-те години тази болест за пръв път се определя като първия вид рак, свързан с радиацията.