放射線と物質との相互作用を表した図 (記号の意味は、―;粒子線、～;電磁波、○;電離作用)。上からアルファ線、ベータ線、ガンマ線、中性子線と物質との相互作用を表している。
荷電粒子線(ここではアルファ線、ベータ線)が物質に衝突すると電離が起こるが貫通力は小さい。アルファ線は放出したほうの核も運動エネルギーを持ち、反跳・リコイルなどと呼ばれる。ベータ線が電離させた電子もまた電離作用を有するがこれをデルタ線という。更にベータ線は減速に伴って制動放射が起こる。
一方、X線・ガンマ線や中性子線は電荷を持たないため、直接は電離作用をせず、間接的な電離作用も荷電粒子線に比べ小さいが、貫通力は大きい。中性子は水素などの軽元素と衝突すると反跳陽子(図中の赤丸)を生じ、この陽子が電離作用を持つ。非弾性散乱では衝突しただけでガンマ線を発生させる。また中性子捕獲が起きた場合にもガンマ線が放出される。
放射線物理学(ほうしゃせんぶつりがく、英: Radiation physics)とは、放射線と物質の相互作用を研究する物理学の分野である。
電離放射線が物質に照射されれば、ミクロの世界では（時にはマクロレベルでも）エネルギーのやりとりが発生し、原子・分子や原子核などが散乱したりエネルギーが吸収されたりして、分子結合を破壊したり、原子を励起・電離させたり、放射線の種類やエネルギーによっては原子核へも影響を及ぼす。
