W każdej substancji jest mnóstwo elektronów dość równomiernie rozlokowanych w całej jej objętości. Większość z nich jest związana na orbitach atomowych, niektóre mogą się poruszać wewnątrz substancji niemal swobodnie. Cząstka naładowana przechodząc przez materię oddziałuje elektrostatycznie z poszczególnymi elektronami, wybija je z orbit (następuje jonizacja atomu) i przekazuje im cześć swej energii. Wytraca prędkość i wreszcie po przebyciu pewnej drogi ruch jej prawie ustaje. Jeśli spowalniana cząstka jest cząstką cięższą, np. proton, którego masa jest blisko 2000 razy większa niż masa elektronu, tor jej w czasie zderzeń z elektronami ulega tylko nieznacznym odchyleniom od początkowego kierunku. W związku z tym możemy wprowadzić pojęcie zasięgu cząstek przechodzących przez daną substancję. Liczba cząstek w wiązce przenikającej przez pewien przekrój na głębokościach mniejszych od zasięgu jest w przybliżeniu równa liczbie cząstek w wiązce padającej na absorbent, choć mają one teraz energię mniejszą od energii początkowej. Na głębokościach porównywalnych z zasięgiem liczba ta gwałtownie spada do zera (Rys. 1). Zanim poruszająca się cząstka ulegnie całkowitemu wyhamowaniu oddziałuje z setkami tysięcy elektronów. Jest to proces przypadkowy - jedna cząstka możne napotkać na swej drodze mniejszą liczbę elektronów, inna większą. Straty energii cząstek po przejściu warstwy absorbenta o określonej grubości mogą być nieco różne.

Ta nieokreśloność energii, wynikająca z przypadkowości procesu hamowania, będąca niejednokrotnie utrapieniem fizyków wykonujących doświadczenia, nosi nazwę stragglingu energii. Z tych samych powodów możemy również mówić o stragglingu zasięgu - każda cząstka przebywa w danej substancji drogę równą swemu indywidualnemu zasięgowi, na ogól nieco różnemu od średniego zasięgu cząstek. To rozmycie zasięgu ( na Rys. 1) dla protonów i cząstek alfa o energii od kilku do kilkuset MeV jest rzędu paru procent.

Strata energii naładowanej cząstki na określonej drodze jest oczywiście wprost proporcjonalna do gęstości elektronów w absorbencie, a ponadto zależy od prędkości cząstki i jej ładunku. Pęd przekazany elektronowi w czasie oddziaływania jest wprost proporcjonalny do siły i czasu jej działania, czyli jest wprost proporcjonalny do ładunku cząstki i odwrotnie proporcjonalny do jej prędkości. Ubytek zatem energii kinetycznej cząstki równy energii kinetycznej elektronu zależy od ilorazu kwadratu ładunku przez kwadrat prędkości cząstki. Straty energii na jednostkę drogi (tzw. zdolność hamująca ośrodka) są więc największe przy końcu drogi cząstki, tam gdzie jej prędkość jest już stosunkowo mała (Rys. 2). Przy bardzo małych prędkościach cząstka nie jest już w stanie uwolnić niektórych silniej związanych elektronów w atomach, ponadto zaczyna chętnie przyjmować elektrony na swoje własne orbity, co prowadzi do zmniejszenia jej efektywnego ładunku - straty jonizacyjne maleją.

Cząstki nie posiadające ładunku oddziałują z materią znacznie słabiej. Neutrony tracą energie głównie w zderzeniach z jądrami atomów - dają tu o sobie znać krótkozasięgowe siły jądrowe. Prawdopodobieństwo takiego procesu jest znacznie mniejsze niż prawdopodobieństwo oddziaływania elektrostatycznego. Dlatego też dla neutronów większość substancji jest niemal przezroczysta; trzeba budować grube zapory, aby skutecznie zmniejszyć ich strumień. Dla neutrin wszystkie zapory ziemskie sa prawie idealnie przezroczyste!

Inaczej oddziałuje z materią promieniowanie gamma. Foton gamma może wybić elektron z jednej z głębszych powłok elektronowych atomu. Cała energia zostaje wówczas zużyta na oderwanie elektronu od atomu i nadanie mu energii kinetycznej (oraz pewnego odrzutu całemu atomowi). Foton znika. Jest to tzw. efekt fotoelektryczny. Foton może ulec rozproszeniu na jednym z elektronów przekazując mu w tym jakby sprężystym zderzeniu pewną energię. Im większy jest kąt rozproszenia fotonu, tym większa jest strata jego energii (większa długość fali). Foton ulegający temu rozpraszaniu (które nazywa się rozpraszaniem komptonowskim) porusza się w kierunku innym niż kierunek padającej wiązki fotonów - czyli również ubywa z wiązki.

Wreszcie gdy energia fotonów jest odpowiednio duża (większa niż 1,02 MeV), w polu elektrycznym jąder atomów ośrodka może nastąpić tzw. kreacja pary elektron-pozyton. Cześć energii fotonu jest zużyta na kreacje elektronu i pozytonu, reszta odnajduje się w ich energiach kinetycznych i energii odrzutu jądra, w polu którego para elektron-pozyton została wytworzona. Foton ginie. Zatem w każdym z tych trzech najbardziej ważnych rodzajów oddziaływania promieniowania gamma z materią foton, który uległ oddziaływaniu ubywa z wiązki. Pozostałe fotony biegną w kierunku wiązki z taką samą energią jaką miały w momencie wejścia do ośrodka.

Nie ma więc sensu mówić o zasięgu promieniowania gamma w materii; można jedynie mówić o osłabieniu jego natężenia. Osłabienie ma charakter wykładniczy, co jest konsekwencją faktu, że wszystkie kwanty gamma mają równe szanse ulegnięcia oddziaływaniu w czasie swego lotu przez materię. Można wprowadzić miarę prawdopodobieństwa oddziaływania fotonu. Mierzy się je przy pomocy wielkości zwanej przekrojem czynnym. Jest to stosunek liczby aktów oddziaływania w jednostce czasu do liczby fotonów padających w jednostce czasu na jednostkę powierzchni, podzielony przez liczbę atomów znajdujących się w objętości ośrodka, przez który przechodzi wiązka. Taka definicja ma prostą interpretację: wiązka byłaby równie osłabiona, gdyby ją przegrodzić doskonale absorbującą powierzchnią równą iloczynowi przekroju czynnego przez liczbę atomów w próbce objętej wiązką. Przekrój czynny, mierzony zwykle w barnach reprezentuje więc jak gdyby efektywny przekrój atomu w obserwowanym zjawisku. Całkowity przekrój czynny na absorpcję kwantów gamma składa się z sumy przekrojów odpowiedzialnych za trzy opisane procesy oddziaływania:

Po przejściu warstwy substancji o grubości natężenie wiązki fotonów zmniejsza się razy - liczba atomów substancji w jednostce objętości). Wartość przekroju czynnego silnie rośnie ze wzrostem liczby porządkowej atomów ośrodka (Rys. 3). Jasne jest więc, dlaczego do budowy osłon przed promieniowaniem gamma używamy najczęściej ołowiu. Im większy strumień promieniowania, tym większa musi być grubość stosowanej osłony.