O início e o tipo dos sintomas depende da exposição à radiação. Doses relativamente menores resultam em efeitos gastrointestinais, como náuseas e vômitos, além de sintomas relacionados à queda dos hemogramas, como predisposição a infecções e hemorragias. Doses relativamente maiores podem resultar em efeitos neurológicos e morte rápida. O tratamento da síndrome aguda da radiação é geralmente de suporte, com transfusões de sangue e antibióticos, com alguns tratamentos mais agressivos, como a transfusões de medula óssea, que pode ser necessária em casos extremos.

Sintomas semelhantes podem surgir meses ou anos após a exposição crônica, quando a taxa de radiação é demasiadamente baixa para provocar a forma aguda da doença. A exposição à radiação também pode aumentar a probabilidade de desenvolvimento de algumas outras doenças, principalmente diferentes tipos de cânceres.