Los rayos X y los rayos gamma son radiaciones electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz como cuantos de energía llamados fotones. Éstos ionizan indirectamente por medio de los primeros electrones expulsados a gran velocidad desde los átomos con los que entran en acción, y estos electrones secundarios producen entonces la mayor parte de la ionización que depende de la radiación primaria.    Los neutrones rápidos son radiación formada por partículas nucleares de masa uno y carga cero que viajan a gran velocidad. Ionizan indirectamente, sobre todoal poner en movimiento partículas cargadas de los núcleos atómicos con los que chocan. Los neutroneslentos o térmicos ionizan indirectamente al interactuar con los núcleos, produciendo radiación ionizante en un proceso llamado captura de neutrón.     Los rayos alfa son radiaciones de partículas formadas por núcleos de helio que se desplazan a gran velocidad. Como son partículas cargadas ionizan directamente. Las partículas alfa son emitidas espontáneamente por algunos núcleos radiactivos o pueden resultar de la captura de un neutrón. Por ejemplo, la captura de un neutrón por el boro-10 produce litio-7 y una partícula alfa. La energía de las partículas alfa emitidas por sustancias radiactivas es del orden de unos megaelectrón-volt (MeV, millones de electrón-voltios), pero se puede producir partículas alfa de energía mucho mayor en ciclotrones u otros aceleradores de partículas , a partir de haces de iones de helio. Con estos aparatos se pueden conseguir también otras partículas ionizantes de energía muy alta, tales como protones, deuterones, etc.

    Los rayos alfa son núcleos de helio (carga +2 y masa 4.0028 uma) expulsados a alta velocidad desde otros núcleos atómicos como productos de desintegración radiactiva o de reacciones nucleares inducidas. Los núcleos de helio que han sido acelerados a altas velocidades para ser usados como partículas de bombardeo en reacciones nucleares también pueden ser llamadas rayos alfa o partículas alfaLa velocidad de emisión de los rayos alfa varía de una sustancia a otra, pero más o menos es del orden de 1-2x10⁹ cm/s. Muchas sustancias radiactivas emiten rayos alfa en dos o más grupos discretos de energía, generalmente del orden de 4-6 MeV, sin embargo en ciertos casos pueden aparecer rayos alfa de energía tan baja como 2 MeV o tan alta como 10 MeV.

    La ionización por partículas alfa o radiación alfa. La teoría del frenado de rayos alfa por la materia está relacionada con la energía cinética perdida por la carga en movimiento y no con la ionización producida en el medio absorbente. La carga del rayo alfa es –2 cuando es emitido desde su núcleo de origen.

    Cuando un rayo alfa pasa a través de la materia, ioniza muchos de los átomos de ella a lo largo de su trayectoria, así pierde gradualmente energía cinética hasta que es frenado totalmente (absorbido). Por ejemplo, una radiación alfa de 5 MeV es frenada después de haber atravesado 3.5 cm de aire a la presión de una atmósfera y una temperatura de 15^oC, habiendo sufrido suficientes colisiones con electrones atómicos para producir como 150000 pares de iones (un átomo neutro o una molécula es dividido en un electrónlibre, que puede ser capturado por un átomo neutro para formar un ion negativo, y un ion positivo) a lo largo de su trayectoria. 

    Los átomos radiactivos pueden emitir rayos alfa, beta (electrones negativos o positivos) y rayos gamma (radiación electromagnética de alta frecuencia).

    Los rayos beta son radiaciones de partículas formadas por electrones o positrones emitidos desde un núcleo en desintegración beta y que viajan a gran velocidad. Puesto que son partículas con carga positiva o negativa, ionizan directamente.

    Los rayos beta son partículas cargadas emitidas por ciertos núcleos radiactivos. Estas partículas, que son idénticas, excepto en el signo de la carga, se clasifican en positrones (+) y negatrones (-), que son idénticos a los electrones del átomo. El intervalo de energía cinética con que aparecen estas partículas oscila entre cero y 3-5 MeV.

    Un rayo beta de 5 MeV de energía se detiene en 1 cm de material de densidad superior a 2.8 g/mL. El paso de los rayos beta a través de la materia es macroscópicamente observable por el efecto calórico, debido a la energía cinética disipada. Esta radiación también puede provocar ciertas reacciones químicas y producir cambios estructurales en los materiales por donde pasa, por ejemplo, decolorar al vidrio. Los instrumentos para detectar los rayos beta son la cámara de ionización, el contador Geiger, el contador proporcional y el detector de centelleo.

Las radiaciones ionizantes como los protones, deuterones, partículas alfa y neutrones, pueden producirse simultáneamente cuando una partícula de energía alta choca y rompe un átomo.

    Los rayos cósmicos primarios son núcleos de átomos (en gran parte hidrógeno) que inciden sobre la Tierra, de todas las direcciones del espacio, con velocidad próxima a la de la luz. Los rayos cósmicos primarios son desviados por los campos interplanetarios y geomagnéticos, se les utiliza normalmente como sondas para determinar la naturaleza de dichos campos en regiones muy elevadas de la Tierra. Los rayos cósmicos son fuente barata de partículas de alta energía (100 GeV y mayores, gigaelectrón-voltio = 1000 MeV) para el estudio de las interacciones nucleares y de la producción de las llamadas partículas extrañas. El positrón, el mesón m, el mesón p, y ciertos mesones K e hiperones fueron identificados por primera vez al estudiar los rayos cósmicos.

    Los rayos cósmicos primarios consistenprobablemente en núcleos atómicos, en especial protones con energía elevadísima y que reaccionan con los núcleos u los electrones de la atmósfera y producen rayos cósmicos secundarios, formados principalmente por mesones, protones, neutrones, electrones y fotones de energía inferior.

    Los instrumentos para la detección de los rayos cósmicos son la cámara de niebla, la cámara de ionización, el contador Geiger-Muller. El contador proporcional y la emulsión fotográfica.

    Todas las radiaciones ionizantes producen cambios biológicos directamente por ionización o excitación de los átomos en las moléculas de los organismos, como los cromosomas, o indirectamente por la formación de radicales libres o agentes perjudiciales para la salud. La radiación ionizante, con su gran poder de penetración puede alcanzar la parte más vulnerable de la célula, de un órgano o de un organismo.