Wiele zmian, których przyczyną jest napromieniowanie ciała, występuje dopiero po upływie długiego czasu — często po kilku lub kilkunastu latach po zadziałaniu promieniowania. Tego rodzaju zmiany nazywane są odległymi lub późnymi skutkami działania promieniowania. Można je ująć w trzy grupy:
- nowotwory złośliwe,
- białaczki
- skrócenie czasu życia.
U ludzi najczęstszymi nowotworami rozwijającymi się pod wpływem promieniowania są nowotwory skóry i kości. W doświadczeniach na zwierzętach stwierdzono również nawroty nowotworów różnych narządów.
Nowotwory złośliwe skóry mogą powstać po jednorazowym, zewnętrznym zadziałaniu dużej dawki promieniowania w miejscach, które uległy głębokim zmianom popromiennym (owrzodzenia, martwice skóry). Tego rodzaju nowotwory, stosunkowo liczne, występują u ludzi, którzy pracowali przy źródłach promieniowania (zwłaszcza rentgenowskiego) bez właściwego zabezpieczenia i w niewłaściwy sposób.
Nowotwory złośliwe kości są związane z napromieniowaniem wewnętrznym. Szczególnie niebezpieczne są pierwiastki promieniotwórcze wykazujące powinowactwo do tkanki kostnej. Należy do nich rad oraz niektóre izotopy promieniotwórcze strontu, zwłaszcza 90Sr, będący jednym z produktów rozszczepienia jądra atomowego i występujący jako jeden z głównych składników skażeń promieniotwórczych wywołanych wybuchami jądrowymi.
Białaczki. Zwiększona częstość występowania tych chorób jest niewątpliwym skutkiem działania promieniowania. Wskazują na to dane z doświadczeń na zwierzętach oraz obserwacje osób, które przeżyły wybuchy bomb atomowych w Japonii w 1945 r. Wskazują na to również opracowania statystyczne, mówiące o tym, że dawniej białaczki występowały kilkakrotnie częściej u radiologów niż u lekarzy innych specjalności. Według niektórych danych, napromieniowanie płodu ludzkiego zwiększa częstotliwość występowania białaczek w późniejszym życiu.
Mechanizm powstawania nowotworów i białaczek pod wpływem promieniowania nie jest dokładnie poznany. Sądzi się, że istotną rolę w tym procesie odgrywają mutacje somatyczne.