Høje-energi-neutroner beskadiger og nedbryder materialer over tid; bombardering af materialer med neutroner skaber kollisionskaskader, der kan producere punktdefekter og dislokationer i materialet, som er den primære drivkraft bag de mikrostrukturelle ændringer, der opstår over tid i materialer, der udsættes for stråling. Ved høje neutronfluenser kan dette føre til forsprødning af metaller og andre materialer og til neutroninduceret opsvulmning i nogle af dem. Dette er et problem for atomreaktorbeholdere og begrænser deres levetid betydeligt (som kan forlænges en smule ved kontrolleret udglødning af beholderen, hvilket reducerer antallet af opbyggede dislokationer). Neutronmoderatorblokke af grafit er særligt modtagelige for denne effekt, den såkaldte Wigner-effekt, og skal udglødes med jævne mellemrum. Windscale-branden blev forårsaget af et uheld under en sådan udglødningsoperation.

Stråleskader på materialer opstår som følge af interaktion mellem en energisk indfaldende partikel (en neutron eller andet) og et gitteratom i materialet. Kollisionen forårsager en massiv overførsel af kinetisk energi til gitteratomet, som forskydes fra sit gittersted og bliver det såkaldte primære knock-on-atom (PKA). Da PKA-atomet er omgivet af andre gitteratomer, resulterer dets forskydning og passage gennem gitteret i mange efterfølgende kollisioner og dannelse af yderligere knock-on-atomer, hvilket giver det, der er kendt som kollisionskaskaden eller forskydningskaskaden. Knock-on-atomerne mister energi ved hver kollision og ender som interstitialer, hvilket effektivt skaber en række Frenkel-defekter i gitteret. Der dannes også varme som følge af kollisionerne (fra elektronisk energitab), ligesom der eventuelt opstår transmuterede atomer. Skaderne er af en sådan størrelsesorden, at en enkelt 1 MeV neutron, der skaber en PKA i et jerngitter, producerer ca. 1.100 Frenkel-par. Hele kaskadehændelsen sker over en tidsskala på 1 × 10-13 sekunder og kan derfor kun “observeres” i computersimuleringer af hændelsen.

Knock-on-atomerne ender i ikke-ligevægtsinterstitielle gitterpositioner, hvoraf mange annihilerer sig selv ved at diffundere tilbage til de tilstødende ledige gitterpladser og genopretter det ordnede gitter. De, der ikke gør det eller ikke kan gøre det, efterlader ledige pladser, hvilket medfører en lokal stigning i koncentrationen af ledige pladser langt over ligevægtskoncentrationen. Disse ledige pladser har en tendens til at vandre som følge af termisk diffusion mod ledige pladser (dvs. korngrænser, forskydninger), men de eksisterer i en længere periode, hvor yderligere højenergipartikler bombarderer gitteret, hvilket skaber kollisionskaskader og yderligere ledige pladser, som vandrer mod ledige pladser. Den vigtigste effekt af bestråling i et gitter er den betydelige og vedvarende strøm af defekter til dræn i det, der er kendt som defektvinden. Vacancies kan også annihilere ved at kombinere sig med hinanden for at danne dislokationssløjfer og senere gitterhuller.

Kollisionskaskaden skaber mange flere vacancies og interstitialer i materialet end ligevægt for en given temperatur, og diffusiviteten i materialet øges dramatisk som følge heraf. Dette fører til en effekt kaldet strålingsforstærket diffusion, som fører til mikrostrukturel udvikling af materialet over tid. De mekanismer, der fører til udviklingen af mikrostrukturen, er mange, kan variere med temperatur, flux og fluens og er genstand for omfattende undersøgelser.

• Stråleinduceret segregering skyldes den førnævnte flux af ledige pladser til dræn, hvilket indebærer en flux af gitteratomer væk fra dræn; men ikke nødvendigvis i samme forhold til legeringssammensætningen i tilfælde af et legeret materiale. Disse strømme kan derfor føre til en udtynding af legeringselementer i nærheden af sænkninger. For fluxen af interstitialer, der indføres af kaskaden, er virkningen omvendt: interstitialerne diffunderer mod dræn, hvilket resulterer i legeringsberigelse i nærheden af drænet.
• Der dannes dislokationssløjfer, hvis der dannes klynger af ledige pladser på et gitterplan. Hvis disse koncentrationer af ledige pladser udvider sig i tre dimensioner, dannes der et hulrum. Per definition er hulrum under vakuum, men kan blive gasfyldte i tilfælde af alfapartikelstråling (helium), eller hvis gassen dannes som følge af transmutationsreaktioner. Tomrummet kaldes i så fald en boble og fører til dimensionel ustabilitet (neutroninduceret opsvulmning) i dele, der udsættes for stråling. Hævelse udgør på lang sigt et stort designproblem, især i reaktorkomponenter fremstillet af rustfrit stål. Legeringer med krystallografisk isotropi, såsom Zircaloys, er udsat for dannelse af dislokationssløjfer, men udviser ikke hulrumsdannelse. I stedet dannes lopperne på bestemte gitterplaner og kan føre til bestrålingsinduceret vækst, et fænomen, der adskiller sig fra opsvulmning, men som også kan medføre betydelige dimensionsændringer i en legering.
• Bestråling af materialer kan også inducere fasetransformationer i materialet: I tilfælde af en fast opløsning kan den opløste stofberigelse eller -udtømning ved dræn stråleinduceret segregation føre til udfældning af nye faser i materialet.

De mekaniske virkninger af disse mekanismer omfatter bestrålingshærdning, forsprødning, krybning og miljøassisteret revnedannelse. De defektklynger, dislokationssløjfer, hulrum, bobler og udfældninger, der produceres som følge af stråling i et materiale, bidrager alle til styrkelse og forsprødning (tab af duktilitet) i materialet. Forsprødning er et særligt problem for det materiale, der indgår i reaktortrykbeholderen, hvor den energi, der kræves for at bryde beholderen, falder betydeligt som følge heraf. Det er muligt at genoprette duktiliteten ved at gløde defekterne ud, og en stor del af levetidsforlængelsen af atomreaktorer afhænger af muligheden for at gøre dette på en sikker måde. Krybning accelereres også kraftigt i bestrålede materialer, men ikke som følge af de øgede diffusiviteter, men snarere som følge af samspillet mellem gitterspændinger og den udviklende mikrostruktur. Miljøassisteret revnedannelse eller mere specifikt bestrålingsassisteret spændingskorrosionssprængning (IASCC) observeres især i legeringer, der udsættes for neutronstråling og er i kontakt med vand, forårsaget af hydrogenabsorption ved spidserne af revnerne som følge af radiolyse af vandet, hvilket fører til en reduktion af den nødvendige energi til at sprede revnen.