Choroba popromienna jest to zespół zmian ogólnoustrojowych, występujących po napromieniowaniu dużą dawką promieniowania jonizującego. Znaczna ekspozycja na promieniowanie może wystąpić w czasie wybuchów jądrowych oraz przy nieszczęśliwych wypadkach w reaktorach jądrowych. Narażone są na nią osoby, które znajdują się w bezpośrednim sąsiedztwie awarii. Napromienieniu ulega wówczas całe ciało.
Objawy i przebieg choroby zależą od dawki promieniowania. W przypadku dawki śmiertelnej lub średniej dawki śmiertelnej choroba w pełni rozwija się po kilku lub kilkunastodniowym okresie bezobjawowym. Na czoło zespołu wysuwa się ciężka niewydolność układu krwiotwórczego i limfatycznego oraz skaza krwotoczna, zmiany dotyczące przewodu pokarmowego związane z uszkodzeniem nabłonka jelitowego, zaburzenia równowagi wodno-elektrolitowej, zmiany na skórze i błonach śluzowych oraz uszkodzenia mechanizmów immunologicznych, prowadzące do obniżenia odporności na zakażenia.
W wyniku przewlekłego, długotrwałego napromieniowania całego ciała może występować choroba popromienna o charakterze przewlekłym. Znane są liczne przypadki ostrych chorób układu krwiotwórczego (niedokrwistość aplastyczna, leukopenia, agranulocytoza, skaza krwotoczna) u ludzi, którzy przez wiele lat narażeni byli na działanie nadmiernych dawek promieniowania.