Vysokoenergetické neutrony v průběhu času poškozují a degradují materiály; bombardování materiálů neutrony vytváří srážkové kaskády, které mohou v materiálu vytvářet bodové defekty a dislokace, jejichž vznik je hlavní příčinou mikrostrukturních změn, k nimž v průběhu času dochází u materiálů vystavených záření. Při vysokých fluencích neutronů to může vést ke křehnutí kovů a jiných materiálů a u některých z nich k neutrony indukovanému bobtnání. To představuje problém pro nádoby jaderných reaktorů a výrazně omezuje jejich životnost (kterou lze poněkud prodloužit řízeným žíháním nádoby, čímž se sníží počet nahromaděných dislokací). Grafitové bloky neutronových moderátorů jsou na tento jev, známý jako Wignerův jev, obzvláště náchylné a musí se pravidelně žíhat. Požár ve Windscale byl způsoben nešťastnou náhodou při takovém žíhání.

Poškození materiálů zářením vzniká v důsledku interakce energetické dopadající částice (neutronu nebo jiné částice) s mřížkovým atomem v materiálu. Srážka způsobí masivní přenos kinetické energie na mřížkový atom, který je vytlačen ze svého mřížkového místa a stává se takzvaným primárním knock-on atomem (PKA). Protože je PKA obklopen dalšími mřížkovými atomy, jeho přemístění a průchod mřížkou má za následek mnoho následných srážek a vznik dalších knock-on atomů, čímž vzniká tzv. srážková kaskáda nebo kaskáda přemístění. Knock-on atomy při každé srážce ztrácejí energii a končí jako intersticiály, čímž v podstatě vytvářejí řadu Frenkelových defektů v mřížce. V důsledku srážek vzniká také teplo (ze ztráty elektronické energie) a případně transmutované atomy. Velikost poškození je taková, že jediný neutron o energii 1 MeV, který vytvoří PKA v mřížce železa, vytvoří přibližně 1100 Frenkelových párů. Celá kaskádová událost probíhá na časové škále 1 × 10-13 sekund, a proto ji lze „pozorovat“ pouze při počítačových simulacích události.

Vyražené atomy končí v nerovnovážných intersticiálních polohách mřížky, z nichž mnohé anihilují difuzí zpět do sousedních volných mřížkových míst a obnovují uspořádanou mřížku. Ty, které tak neučiní nebo nemohou učinit, opustí vakance, což způsobí lokální zvýšení koncentrace vakancí vysoko nad rovnovážnou koncentraci. Tyto vakance mají tendenci migrovat v důsledku tepelné difuze směrem k pohlcovačům vakancí (tj. hranicím zrn, dislokacím), ale existují po značnou dobu, během níž mřížku bombardují další vysokoenergetické částice, vytvářejí srážkové kaskády a další vakance, které migrují směrem k pohlcovačům. Hlavním účinkem ozáření v mřížce je značný a trvalý tok defektů k propadům v takzvaném defektním větru. Vakance mohou také anihilovat tím, že se navzájem spojují a vytvářejí dislokační smyčky a později mřížkové dutiny.

Kaskáda srážek vytváří v materiálu mnohem více vakancí a intersticiálů, než je rovnovážný stav pro danou teplotu, a v důsledku toho se dramaticky zvyšuje difuzivita v materiálu. To vede k efektu nazývanému radiací zesílená difuze, který vede k mikrostrukturnímu vývoji materiálu v čase. Mechanismů vedoucích k vývoji mikrostruktury je mnoho, mohou se lišit v závislosti na teplotě, toku a fluenci a jsou předmětem rozsáhlého studia.

• Zářením indukovaná segregace je výsledkem výše zmíněného toku vakancí k propadům, což znamená tok mřížkových atomů od propadů; ne však nutně ve stejném poměru ke složení slitiny v případě legovaného materiálu. Tyto toky proto mohou vést k vyčerpání legujících prvků v blízkosti propadů. V případě toku intersticiálů zavedených kaskádou je účinek opačný: intersticiály difundují směrem k propadům, což vede k obohacení slitiny v blízkosti propadu.
• Dislokační smyčky vznikají, pokud vakance tvoří shluky na mřížkové rovině. Pokud se tyto koncentrace vakancí rozšíří do tří rozměrů, vznikne dutina. Podle definice jsou dutiny ve vakuu, ale mohou se stát zaplněné plynem v případě záření alfa částic (helium) nebo pokud plyn vzniká v důsledku transmutačních reakcí. Dutina se pak nazývá bublina a vede k rozměrové nestabilitě (neutrony indukovanému bobtnání) částí vystavených záření. Bobtnání představuje závažný dlouhodobý konstrukční problém, zejména u součástí reaktoru vyrobených z nerezové oceli. Slitiny s krystalografickou izotropií, jako jsou zirkalové slitiny, podléhají tvorbě dislokačních smyček, ale nevykazují tvorbu dutin. Místo toho se smyčky tvoří na určitých mřížkových rovinách a mohou vést k růstu vyvolanému ozařováním, což je jev odlišný od bobtnání, který však může rovněž způsobit významné rozměrové změny slitiny.
• Ozařování materiálů může také vyvolat fázové přeměny v materiálu: v případě pevného roztoku může obohacení nebo ochuzení rozpuštěných látek v propadech segregací vyvolanou zářením vést k vysrážení nových fází v materiálu.

Mechanické účinky těchto mechanismů zahrnují zpevnění ozářením, křehnutí, tečení a praskání podporované prostředím. Shluky defektů, dislokační smyčky, dutiny, bubliny a precipitáty vzniklé v důsledku ozáření v materiálu přispívají k jeho zpevnění a křehnutí (ztrátě tažnosti). Křehnutí se týká zejména materiálu, z něhož je vyrobena tlaková nádoba reaktoru, kde se v důsledku toho výrazně snižuje energie potřebná k prasknutí nádoby. Křehkost je možné obnovit vyžíháním defektů a prodloužení životnosti jaderných reaktorů z velké části závisí na možnosti tak bezpečně učinit. V ozářených materiálech se také výrazně zrychluje tečení, nikoli však v důsledku zvýšené difuzivity, ale spíše v důsledku interakce mezi mřížkovým napětím a vyvíjející se mikrostrukturou. Environmentálně asistované praskání, přesněji řečeno korozní praskání pod napětím asistované ozařováním (IASCC), je pozorováno zejména u slitin vystavených neutronovému záření a ve styku s vodou, což je způsobeno absorpcí vodíku na hrotech trhlin v důsledku radiolýzy vody, což vede ke snížení energie potřebné k šíření trhliny.

.