Лес — одна из наиболее чувствительных к ионизирующей радиации природных экосистем. Его поражение наблюдается при меньших поглощённых дозах облучения, чем у естественных и культурных биогеоценозов других типов. Особенно неустойчивы к ионизирующей радиации хвойные леса. Ранние признаки радиационного повреждения хвойных пород, обладающих крупными хромосомами (мишенями радиационного воздействия), обнаруживаются уже при дозах 2—3 Гр (грей — единица поглощённой дозы ионизирующего излучения, соответствует энергии в 1 Дж, поглощённой 1 кг ткани). Лиственные леса более устойчивы к облучению, чем хвойные. В ряду деревья — кустарники — полукустарники — травы устойчивость к облучению повышается. Населяющие лес млекопитающие и птицы по чувствительности к ионизирующим излучениям близки или даже превосходят древесные растения (в том числе хвойные). Самые радиоустойчивые организмы в лесу — мелкие беспозвоночные, обитающие в подстилке и верхних слоях почвы, а также водоросли, мхи и лишайники, микроорганизмы. Они выдерживают без признаков лучевого повреждения дозы в 1000—10000 Гр. Дождевые черви, пропускающие через кишечник почву, содержащую радионуклиды, оказываются наиболее чувствительными организмами среди беспозвоночных.

Принято выделять первичные лучевые реакции леса, непосредственно связанные с воздействием ионизирующих излучений (например, гибель деревьев, угнетение их роста и развития), и вторичные, обусловленные опосредованным действием ионизирующих излучений (например, ослабление и угнетение деревьев вследствие радиации могут быть причиной вспышки массового размножения насекомых-вредителей). Степень лучевого повреждения определяется поглощённой дозой в различных компонентах леса – прежде всего в древесном ярусе – фазой развития растений (весной и летом, то есть в период активного роста, древесные растения повреждаются в 1,5—2 раза сильнее, чем осенью и зимой), экологическими факторами (например, засуха способствует усилению поражающего влияния ионизирующих излучений на лес).

Прекращение облучения или снижение мощности дозы приводит к пострадиационному восстановлению лесного биогеоценоза. Небольшие дозы ионизирующих излучений оказывают стимулирующее действие на растения (облучение семян древесных растений применяют для ускорения их роста и развития), более высокие — мутагенное, что используется в радиационном мутагенезе древесных и кустарниковых пород.

Источником облучения леса могут быть радиоактивные вещества, поступающие в биосферу в результате ядерных взрывов, аварий на предприятиях атомной промышленности, а также с радиоактивными отходами, сбрасываемыми в окружающую среду. Наибольшую опасность представляют биогенно-подвижные радионуклиды 90Sr (стронций), 129I (йод), 137Cs (цезий) и др. Распределение радионуклидов в лесу зависит от их физико-химических свойств и путей поступления радиоактивных веществ в лесные насаждения, а также от типа леса и структуры насаждений. При поступлении радионуклидов из воздуха (наиболее значимый источник радиационного поражения лесов) основная масса их первоначально задерживается на поверхности крон и стволов деревьев, а позднее — в лесной подстилке, на поверхности почвы. Самоочищение надземных частей деревьев от радиоактивных веществ происходит медленнее в хвойных лесах, где «фильтр» из хвои действует круглогодично, чем в лиственных, где важное значение имеет листопад. Основное количество радионуклидов в лесу локализуется в растениях, роль животных в этом отношении менее существенна. Лиственные породы накапливают, как правило, существенно больше радионуклидов, чем хвойные. Повышенные концентрации радиоактивных веществ характерны для лесной подстилки, верхних горизонтов почвы, зелёных частей древесных и травянистых растений. Концентрация радионуклидов в древесине, как правило, незначительна. С пищевыми продуктами из леса (мясо промысловых животных, грибы, ягоды и т. д.) радионуклиды могут поступать в организм человека.

Наиболее важное направление — лесная радиоэкология

(радиационная биогеоценология леса), основная задача которой состоит в исследовании круговорота естественных и искусственных радионуклидов в лесах и влияния ионизирующих излучений, как на отдельные компоненты, так и на лес в целом. Учитывая важное значение ионизирующих излучений как экологического фактора, лесную радиоэкологию можно рассматривать также как раздел экологии. В связи с интенсивным развитием атомной энергетики во второй половине XX века и необходимостью защиты окружающей среды от радиоактивного загрязнения прикладное значение лесной радиоэкологии особенно возросло.