Neutronii de înaltă energie deteriorează și degradează materialele în timp; bombardarea materialelor cu neutroni creează cascade de coliziuni care pot produce defecte punctiforme și dislocări în material, a căror creare este principalul factor care stă la baza modificărilor microstructurale care apar în timp în materialele expuse la radiații. La fluențe mari de neutroni, acest lucru poate duce la fragilizarea metalelor și a altor materiale, precum și la umflarea indusă de neutroni în cazul unora dintre acestea. Acest lucru reprezintă o problemă pentru vasele reactoarelor nucleare și limitează semnificativ durata de viață a acestora (care poate fi oarecum prelungită prin recoacerea controlată a vasului, reducând numărul de dislocații acumulate). Blocurile moderatoare de neutroni din grafit sunt deosebit de sensibile la acest efect, cunoscut sub numele de efect Wigner, și trebuie recoapte periodic. Incendiul de la Windscale a fost cauzat de un incident în timpul unei astfel de operațiuni de recoacere.

Deteriorarea materialelor prin radiație are loc ca urmare a interacțiunii unei particule incidente energetice (un neutron sau de altă natură) cu un atom din rețeaua materialului. Coliziunea provoacă un transfer masiv de energie cinetică către atomul din rețea, care este deplasat din locul său din rețea, devenind ceea ce este cunoscut sub numele de atom primar de impact (PKA). Deoarece PKA este înconjurat de alți atomi din rețea, deplasarea și trecerea sa prin rețea duce la numeroase coliziuni ulterioare și la crearea de alți atomi knock-on, producând ceea ce se numește cascadă de coliziuni sau cascadă de deplasări. Atomii „knock-on” pierd energie cu fiecare coliziune și se termină ca interstiții, creând efectiv o serie de defecte Frenkel în rețea. În urma coliziunilor se creează, de asemenea, căldură (din cauza pierderii de energie electronică), la fel ca și eventualii atomi transmutați. Magnitudinea daunelor este de așa natură încât un singur neutron de 1 MeV care creează un PKA într-o rețea de fier produce aproximativ 1.100 de perechi Frenkel. Întregul eveniment în cascadă are loc pe o scală de timp de 1 × 10-13 secunde și, prin urmare, poate fi „observat” doar în simulările computerizate ale evenimentului.

Atomii knock-on se termină în poziții de neechilibru în rețeaua interstițială, mulți dintre aceștia se anihilează prin difuzie înapoi în locurile libere vecine din rețea și restabilesc rețeaua ordonată. Cei care nu o fac sau nu o pot face lasă locuri vacante, ceea ce determină o creștere locală a concentrației de locuri vacante cu mult peste cea de echilibru. Aceste vacanțe tind să migreze, ca urmare a difuziunii termice, spre puțurile de vacanțe (de exemplu, granițe de grăunți, dislocații), dar există timp îndelungat, timp în care particule suplimentare de mare energie bombardează rețeaua, creând cascade de coliziuni și vacanțe suplimentare, care migrează spre puțuri. Principalul efect al iradierii într-o rețea este fluxul semnificativ și persistent de defecte către puțuri în ceea ce este cunoscut sub numele de vânt de defecte. Vacanțele se pot, de asemenea, anihila combinându-se unele cu altele pentru a forma bucle de dislocații și, mai târziu, goluri în rețea.

Cascada de coliziuni creează mult mai multe vacanțe și interstițiale în material decât în echilibru pentru o anumită temperatură, iar difuzivitatea în material este dramatic crescută ca urmare. Acest lucru conduce la un efect numit difuzie potențată de radiație, care duce la o evoluție microstructurală a materialului în timp. Mecanismele care conduc la evoluția microstructurii sunt numeroase, pot varia în funcție de temperatură, flux și fluență și fac obiectul unor studii aprofundate.

• Segregarea indusă de radiații rezultă din fluxul menționat anterior de vacanțe către puțuri, implicând un flux de atomi de rețea care se îndepărtează de puțuri; dar nu neapărat în aceeași proporție cu compoziția aliajului în cazul unui material aliat. Aceste fluxuri pot duce, prin urmare, la epuizarea elementelor de aliere în vecinătatea chiuvetelor. În cazul fluxului de interstițiali introdus de cascadă, efectul este invers: interstițialele difuzează spre chiuvete, ceea ce duce la îmbogățirea aliajului în apropierea chiuvetei.
• Buclele de dislocații se formează dacă vacanțele formează clustere pe un plan al rețelei. Dacă aceste concentrații de vacanțe se extind în trei dimensiuni, se formează un gol. Prin definiție, golurile sunt în vid, dar pot deveni pline de gaz în cazul radiațiilor cu particule alfa (heliu) sau dacă gazul este produs ca urmare a reacțiilor de transmutare. Vidul se numește atunci bulă și duce la instabilitate dimensională (umflarea indusă de neutroni) a pieselor supuse la radiații. Umflarea reprezintă o problemă majoră de proiectare pe termen lung, în special în cazul componentelor de reactor realizate din oțel inoxidabil. Aliajele cu izotropie cristalografică, cum ar fi zircaloizii, sunt supuse creării de bucle de dislocații, dar nu prezintă formarea de goluri. În schimb, buclele se formează pe anumite planuri de rețea și pot duce la o creștere indusă de iradiere, un fenomen diferit de umflare, dar care poate produce, de asemenea, modificări dimensionale semnificative într-un aliaj.
• Iradierea materialelor poate, de asemenea, să inducă transformări de fază în material: în cazul unei soluții solide, îmbogățirea sau epuizarea solutului la chiuvete segregarea indusă de iradiere poate duce la precipitarea de noi faze în material.

Efectele mecanice ale acestor mecanisme includ întărirea prin iradiere, fragilizarea, fluajul și fisurarea asistată de mediu. Clusterele de defecte, buclele de dislocații, golurile, bulele și precipitatele produse ca urmare a iradierii într-un material, toate contribuie la întărirea și fragilizarea (pierderea ductilității) în material. Fragilizarea reprezintă o preocupare deosebită pentru materialul care intră în componența vasului sub presiune al reactorului, unde, ca urmare, energia necesară pentru a fractura vasul scade semnificativ. Este posibil să se restabilească ductilitatea prin recoacerea defectelor, iar o mare parte din prelungirea duratei de viață a reactoarelor nucleare depinde de capacitatea de a face acest lucru în condiții de siguranță. Fluajul este, de asemenea, mult accelerat în materialele iradiate, dar nu ca urmare a difuzivității sporite, ci mai degrabă ca urmare a interacțiunii dintre tensiunea din rețea și microstructura în curs de dezvoltare. Fisurarea asistată de mediu sau, mai precis, fisurarea prin coroziune sub tensiune asistată de iradiere (IASCC) este observată în special în aliajele supuse la radiații neutronice și în contact cu apa, cauzată de absorbția hidrogenului la vârfurile fisurilor ca urmare a radiolizei apei, ceea ce duce la o reducere a energiei necesare pentru propagarea fisurii.

.