Высокие дозы радиационного излучения вызывают костномозговую форму острой лучевой болезни разной тяжести. При этой форме основные проявления и исход заболевания зависят главным образом от степени поражения органов кроветворения. Высокие дозы однократного общего облучения считают смертельными, гибель наступает в сроки от одного до двух месяцев после воздействия. Первичные реакции (тошнота, рвота, общая слабость) возникают у получивших большую дозу при наиболее типичной форме острой лучевой болезни через несколько минут или часов. Через 3-4 суток симптомы почти полностью стихают и могут не беспокоить пострадавшего, наступает период мнимого выздоровления. Однако при более тщательном обследовании выявляется дальнейшее развитие болезни. Этот период продолжается от 14—15 суток до 4-5 недель. В последующее время наступает общее ухудшение состояния, нарастает непреодолимая слабость, появляются кровоизлияния, повышается температура тела. Количество лейкоцитов в крови после кратковременного увеличения прогрессивно уменьшается, падая (по причине поражения кроветворных органов) до чрезвычайно низких цифр (развивается лучевая лейкопения). Такая клиническая картина предрасполагает к развитию сепсиса и кровоизлияний. Продолжительность этого периода составляет две-три недели.
При общем облучении высокими дозами может развиться кишечная форма острой лучевой болезни, характеризующаяся преимущественным поражением кишечника, ведущим к нарушению водно-солевого обмена (чаще всего, симптом — сильная диарея), и нарушением кровообращения. Наблюдаются проявления в виде лучевого стоматита, гастрита, колита, эзофагита и других заболеваний. При этой форме течения лучевой болезни человек обычно погибает в течение первых суток, минуя обычные фазы развития лучевой болезни.
После общего облучения чрезвычайно высокими дозами свыше смерть наступает через сутки-трое или даже в момент самого облучения. Это происходит из-за сильнейших повреждений тканей головного мозга. Эта форма лучевой болезни называется церебральной. Характерные симптомы заболевания — сонливость, быстрая утомляемость, затем наступает спутанность сознание и вовсе его потеря. Чаще всего больные погибают в ранние часы после облучения при проявлениях мозговой комы.