Hohe Dosen radioaktiver Strahlung können ganz unterschiedliche gesundheitliche Probleme zur Folge haben. Dabei kommt es auch darauf an, über welchen Zeitraum hinweg der menschliche Körper der Strahlung ausgesetzt ist: Werde innerhalb kurzer Zeit eine Dosis aufgenommen, die viele Zellen schädige, könne der Organismus dies weniger gut kompensieren als wenn die gleiche Dosis über einen längeren Zeitraum hinweg absorbiert werde, erklärte das Bundesamt für Strahlenschutz.

Hohe Strahlendosen führen zur akuten Strahlenkrankheit, die bei Menschen in der Regel innerhalb weniger Tage zum Tod führt. Was eine niedrigere Strahlendosis bewirkt, ist wissenschaftlich strittig. Denn Erkrankungen treten oft erst nach Jahren auf, es ist schwierig, einen eindeutigen Zusammenhang zwischen Krankheit und Bestrahlung herzustellen.

Aus den Entwicklungen nach dem Atombombenabwurf auf Hiroshima und Nagasaki 1945 sowie dem Reaktorunglück von Tschernobyl 1986 kann man schließen, dass Schilddrüsenkrebs eine Folge radioaktiven Niederschlags (Fall-Out) ist - betroffen waren insbesondere Kinder- und Jugendliche. Als Präventionsmaßnahme gelten Jodtabletten, wie sie offenbar auch in Japan verteilt werden sollen.

Auch Leukämie könnte eine Folgekrankheit von erhöhter Strahlenbelastung sein, ebenso andere Krebserkrankungen. Radioaktive Strahlung kann auch das Erbgut schädigen und zu Missbildungen bei Kindern führen, wie unter anderem aus Erfahrungen nach den Atombombenabwürfen im Zweiten Weltkrieg geschlossen wird. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat in einem 2006 veröffentlichen Bericht zu Tschernobyl außerdem auf die psychischen Folgen des damaligen Reaktorunglücks für die Betroffenen hingewiesen.