当带电粒子穿过生物物质时产生许多电子对，生物物质吸收了放射线以后形成自由基，从而启动一系列事件，最终以损伤的形式表达出来。在有氧存在的情况下，氧与自由基形成有机过氧基（RO2），它是靶物质的不可逆形式，于是损伤被化学固定下来，因此认为氧效应的机制主要是固定DNA损伤。