W procesie sterylizacji radiacyjnej promieniowanie jonizujące oddziałuje na organizmy żywe powstaniem wtórnych elektronów komptonowskich. W efekcie powstają wolne rodniki i inne produkty radiolizy, silnie oddziałujące na kwasy nukleinowe oraz białka strukturalne i funkcjonalne. 

Zaletą sterylizacji radiacyjnej jest brak pozostałości obróbki radiacyjnej w sterylizowanych materiałach. Aspekt ten sprawia, że metoda ta ma przewagę nad gazową – w niej niezbędna jest desorpcja gazu (tlenku etylenu). Co więcej sterylizacja może być przeprowadzona w dowolnym opakowaniu, dzięki wysokiemu stopniowi przenikliwości promieniowania jonizującego. 

Wykorzystywana do materiałów termolabilnych, np. wyrobów medycznych jednorazowego użytku, produktów leczniczych oraz kosmetyków. Do monitoringu sprawdzającego efektywność procesu sterylizacji radiacyjnej wykorzystuje się głównie wskaźniki biologiczne, ale również chemiczne.