伽马射线对DNA的”直接“与”间接“破坏。 上图是伽马射线对细胞杀伤的“原理图”：伽马射线在细胞中，与物质相互作用，会通过“光电效应”，“康普顿散射”以及“电子对产生”等反应，产生电子。 电子可以直接对DNA链损伤，也可以间接通过其产生的带电基团破坏DNA（比如下图中的羟基自由基）。 当剂量足够大时，大量的DNA双股断裂，会导致DNA无法修复，从而使细胞失去分裂能力。 在进入下一个细胞周期后，直接死亡。 而这，正是伽马放疗中，要对肿瘤细胞达成的效果。 然而，因为伽马射线的穿透性很强，所以在实际操作中，会使用不同方向的伽马光束，交叉照射肿瘤区域，这样可以在 达到杀伤癌细胞的同时，减少对周边健康细胞的辐射损伤 （见下图）。