В костном мозге выражена гипоплазия, в тяжелых случаях возможно развитие аплазии. При биохимических исследованиях выявляются диспротеинемия с гипоальбуминемией и гиперглобулинемией, появляется С-реактивный белок. Продолжительность скрытого периода различна в зависимости от степени тяжести лучевой болезни: в крайне тяжелых случаях он может отсутствовать, в более легких — достигать 3—4 нед. Период разгара начинается с резкого ухудшения самочувствия и общего состояния больных: внезапно повышается температура тела, в дальнейшем присоединяются признаки прогрессирующего нарушения кроветворения и обмена веществ, инфекционные осложнения, кровоточивость, эпиляция.