Проникаюча радіація є невидимим потоком гамма - квантів і нейтронів, що випускаються із зони ядерного вибуху. Гамма-кванти і нейтрони розповсюджуються на всі боки від центру вибуху на сотні метрів. Із збільшенням відстані від вибуху кількість гамма-квантів і нейтронів, що проходить через одиницю поверхні, зменшується . При підземному і підводному ядерних вибухах дія проникаючої радіації розповсюджується на відстані, значно менші, ніж при наземних і повітряних вибухах, що пояснюється поглинанням потоку нейтронів і гамма - квантів водою.
Зони ураження проникаючою радіацією при вибухах ядерних боєприпасів середньої і великої потужності дещо менші зон ураження ударною хвилею і світловим випромінюванням. Для боєприпасів з невеликим тротиловим еквівалентом (1000 тонн і менш) навпаки, зони вражаючої дії проникаючою радіацією перевершують зони ураження ударною хвилею і світловим випромінюванням. Вражаюча дія проникаючої радіації визначається здатністю гамма - квантів і нейтронів іонізувати атоми середовища, в якому вони розповсюджуються . Проходячи через живу тканину, гамма-кванти і нейтрони іонізують атоми і молекули, що входять до складу кліток, які приводять до порушення життєвих функцій окремих органів і систем. Під впливом іонізації в організмі виникають біологічні процеси відмирання і розкладання кліток. В результаті цього в уражених людей розвивається специфічне захворювання, зване променевою хворобою.
Для оцінки іонізації атомів середовища, а отже, і вражаючої дії проникаючої радіації на живий організм введено поняття дози опромінювання (або дози радіації), одиницею вимірювання якої є рентген (р). Залежно від дози випромінювання розрізняють три ступені променевої хвороби. Перша (легка) виникає при отриманні людиною дози від 100 до 200 р . Вона характеризується загальною слабкістю, легкою нудотою, короткочасним запамороченням, підвищенням пітливості; особовий склад, що отримав таку дозу, зазвичай не виходить з ладу. Другий (середня) ступінь променевої хвороби розвивається при отриманні дози 200-300 р; в цьому випадку ознаки ураження - головний біль, підвищення температури, шлунковий - кишковий розлад - виявляються різкіше і швидше, особовий склад в більшості випадків виходить з ладу. Третій (важка) ступінь променевої хвороби виникає при дозі понад 300 р; вона характеризується важкими головними болями, нудотою, сильною загальною слабкістю, запамороченням і іншими   нездужаннями; важка форма нерідко приводить до смертельного результату.