A nagy energiájú neutronok idővel károsítják és degradálják az anyagokat; az anyagok neutronokkal való bombázása ütközési kaszkádokat hoz létre, amelyek ponthibákat és diszlokációkat hozhatnak létre az anyagban, amelyek létrejötte a sugárzásnak kitett anyagokban idővel bekövetkező mikroszerkezeti változások elsődleges mozgatórugója. Nagy neutronfluencia esetén ez a fémek és más anyagok ridegségéhez és egyeseknél neutronok által kiváltott duzzadáshoz vezethet. Ez problémát jelent az atomreaktorok edényei esetében, és jelentősen korlátozza azok élettartamát (amely az edény szabályozott lágyításával némileg meghosszabbítható, csökkentve a felhalmozódott diszlokációk számát). A grafit neutronmoderátor blokkok különösen érzékenyek erre a Wigner-effektusként ismert hatásra, és azokat rendszeresen lágyítani kell. A Windscale-tüzet egy ilyen lágyítási művelet során bekövetkezett baleset okozta.

Az anyagok sugárzás okozta károsodása egy energikus beeső részecske (neutron vagy más) és az anyag valamely rácsatomjának kölcsönhatása következtében következik be. Az ütközés a kinetikus energia nagymértékű átadását okozza a rácsatomnak, amely elmozdul a rácshelyéről, és az úgynevezett elsődleges ütköző atomtá (PKA) válik. Mivel a PKA-t más rácsatomok veszik körül, elmozdulása és a rácson való áthaladása számos további ütközést és további kopogtató atomok keletkezését eredményezi, ami az úgynevezett ütközési kaszkádot vagy elmozdulási kaszkádot eredményezi. A kopogtató atomok minden egyes ütközéssel energiát veszítenek, és interstitiumokként végződnek, gyakorlatilag Frenkel-hibák sorozatát hozva létre a rácsban. Az ütközések következtében hő is keletkezik (az elektronikus energiaveszteségből), akárcsak az esetlegesen transzmutálódó atomok. A károsodás mértéke olyan mértékű, hogy egyetlen 1 MeV-os neutron, amely egy vasrácsban PKA-t hoz létre, körülbelül 1100 Frenkel-párt hoz létre. A teljes kaszkádesemény 1 × 10-13 másodperces időskálán játszódik le, és ezért csak az esemény számítógépes szimulációiban “figyelhető meg”.

A koppintó atomok nem egyensúlyi állapotú rácsközi helyeken végződnek, amelyek közül sokan annihilálódnak, visszadiffundálva a szomszédos üres rácshelyekre, és helyreállítják a rendezett rácsot. Azok, amelyek ezt nem teszik vagy nem tudják megtenni, üres helyeket hagynak maguk után, ami az üres helyek koncentrációjának helyi, az egyensúlyi koncentrációnál jóval nagyobb mértékű emelkedését okozza. Ezek az üres helyek a termikus diffúzió eredményeként hajlamosak az ürességnyelők (azaz a szemcsehatárok, diszlokációk) felé vándorolni, de jelentős ideig léteznek, amely során további nagy energiájú részecskék bombázzák a rácsot, ütközési kaszkádokat és további üres helyeket hozva létre, amelyek a nyelők felé vándorolnak. A rácsban a besugárzás fő hatása a hibák jelentős és tartós áramlása a nyelők felé az úgynevezett hibaszélben. Az üres helyek egymással egyesülve is megsemmisülhetnek, és diszlokációs hurkokat, később pedig rácshurkokat képezhetnek.

Az ütközési kaszkád sokkal több üres helyet és interstitiumot hoz létre az anyagban, mint amennyi egy adott hőmérsékleten egyensúlyban van, és ennek következtében az anyag diffúzitása drámaian megnő. Ez a sugárzással erősített diffúziónak nevezett hatáshoz vezet, amely az anyag mikroszerkezetének időbeli fejlődéséhez vezet. A mikroszerkezet fejlődéséhez vezető mechanizmusok sokfélék, változhatnak a hőmérséklet, a fluxus és a fluencia függvényében, és kiterjedt tanulmányok tárgyát képezik.

• A sugárzás indukálta szegregáció az üres helyeknek a nyelők felé történő, fent említett áramlásából ered, ami a rácsatomok nyelőktől való eláramlását feltételezi; de ötvözött anyag esetén nem feltétlenül az ötvözet összetételével azonos arányban. Ezek az áramlások ezért az ötvözőelemek kimerüléséhez vezethetnek a nyelők közelében. A kaszkád által bevezetett interstitiumok áramlása esetén a hatás fordított: az interstitiumok a nyelők felé diffundálnak, ami a nyelők közelében az ötvözet feldúsulását eredményezi.
• Diszlokációs hurkok akkor alakulnak ki, ha az üres helyek klasztereket alkotnak egy rácssíkon. Ha ezek az üresedéskoncentrációk három dimenzióban tágulnak, egy üreg alakul ki. Definíció szerint az üregek vákuumban vannak, de alfa-részecskesugárzás (hélium) esetén vagy ha a gáz transzmutációs reakciók eredményeképpen keletkezik. Az űrt ilyenkor buboréknak nevezzük, és a sugárzásnak kitett részek méretbeli instabilitásához (neutronok által kiváltott duzzadáshoz) vezet. A duzzadás jelentős hosszú távú tervezési problémát jelent, különösen a rozsdamentes acélból készült reaktoralkatrészek esetében. A kristályszerkezeti izotrópiával rendelkező ötvözetek, mint például a cirkal ötvözetek, ki vannak téve a diszlokációs hurkok kialakulásának, de nem mutatnak hézagképződést. Ehelyett a hurkok bizonyos rácssíkokon alakulnak ki, és besugárzás indukálta növekedéshez vezethetnek, ami a duzzadástól eltérő jelenség, de szintén jelentős méretváltozásokat okozhat az ötvözetben.
• Az anyagok besugárzása fázisátalakulásokat is előidézhet az anyagban: szilárd oldat esetén az oldott anyagok feldúsulása vagy kimerülése a nyelőhelyeken a sugárzás okozta szegregáció új fázisok kicsapódásához vezethet az anyagban.

Ezek a mechanizmusok mechanikai hatásai közé tartozik a besugárzás okozta keményedés, a ridegség, a kúszás és a környezet által segített repedés. A sugárzás hatására egy anyagban keletkező hibaklaszterek, diszlokációs hurkok, üregek, buborékok és csapadékok mind hozzájárulnak az anyag szilárdulásához és ridegedéséhez (képlékenységének elvesztéséhez). A ridegség különösen fontos a reaktor nyomástartó edényét alkotó anyag esetében, ahol ennek következtében az edény töréséhez szükséges energia jelentősen csökken. A hibák kiküszöbölésével a képlékenység helyreállítható, és az atomreaktorok élettartamának meghosszabbítása nagymértékben függ attól, hogy ez biztonságosan megtörténhet-e. A kúszás is jelentősen felgyorsul a besugárzott anyagokban, bár nem a megnövekedett diffúziós képességek, hanem inkább a rácsfeszültség és a kialakuló mikroszerkezet közötti kölcsönhatás eredményeként. A környezet által támogatott repedés, pontosabban a besugárzás által támogatott feszültségkorróziós repedés (IASCC) különösen a neutronsugárzásnak kitett és vízzel érintkező ötvözetekben figyelhető meg, amelyet a víz radiolíziséből eredő hidrogénfelvétel okoz a repedéscsúcsokon, ami a repedés terjedéséhez szükséges energia csökkenéséhez vezet.

A repedés terjedéséhez szükséges energia csökkenéséhez vezet.