В стремлении объяснить радиобиологический парадокс уже на заре радиобиологии были сформулированы два принципа, лежащие в основе так называемой теории мишени. Первый из них — принцип попаданий — характеризует особенности действующего агента — дискретность поглощения энергии и вероятностный характер «попадания»; второй — принцип мишени — характеризует важную особенность облучаемого объекта — клетки, ее высокую структурированность и гетерогенность в морфологическом и функциональном отношениях.

Сочетание обоих принципов с позиций классического формализма и определяет характер ответа на облучение, который зависит от вероятности попадания в те или иные, резко различающиеся по функциональной значимости внутриклеточные структуры.

Весьма очевидно, что, исходя из принципов классической теории мишени, количество попаданий должно быть прямо пропорциональным дозе излучения. Поэтому в определенном диапазоне малых доз число пораженных мишеней строго пропорционально дозе, или числу попаданий, так как поражается лишь небольшая их часть из общего количества, в связи с чем зависимость эффекта от дозы имеет вид прямой линии. С повышением дозы излучения вероятность попадания в одну и ту же мишень увеличивается, и хотя общее число попаданий остается пропорциональным дозе, их эффективность (на единицу дозы) уменьшается, и количество пораженных мишеней возрастает медленнее, асимптотически приближаясь к 100%.

Иначе говоря, количество жизнеспособных единиц с увеличением дозы уменьшается в экспоненциальной зависимости от дозы.

Для объяснения радиационных эффектов в живом организме было предложено множество теорий.

Одна из первых – теория мишени или радиобиологический принцип мишени, сформулированная в 30-х годах прошлого века. Согласно теории мишени, в биологических объектах имеются особо чувствительные объёмы— «мишени», поражение которых приводит к поражению всего объекта.

Дискретная природа излучений и их взаимодействий с веществом позволяет, особенно в случае ионизирующих излучений, исходить из представлений об «обстреле» вещества частицами различных энергий (фотоны, быстрые электроны или другие частицы), а в связи с этим — из принципа попадания и «мишени». Клетки и ткани состоят из огромного числа макромолекул, мицелл, фибрилл, мембран и других структур различного строения и величины. При применяемых в радиобиологии дозах облучения вероятность попадания частицы или фотона в редкую, но жизненно важную внутриклеточную «мишень» (макромолекулярную и биологически активную структуру) невелика. Однако в результате редких попаданий в такую «мишень» даже небольшие дозы ионизирующих излучений могут вызвать гибель клетки или какие-либо редкие специфические реакции в ней (например, мутации отдельных генов), частота которых будет возрастать с дозой облучения. Теория мишени не является универсальной и не объясняет всех биологических эффектов, возникающих под действием ионизирующих излучений.