心脏对辐射的敏感性较低，10Gy以下照射所见主要为造血损伤引起的出血和感染。10Gy以上照射可引起心肌的变化，包括心肌纤维肿胀，变性坏死甚至肌纤维断裂等。

血管方面以小血管较为敏感，尤其是毛细血管敏感性最高。照射后早期即有毛细血管扩张，短暂的血流加速后，即出现血流缓慢。临床可见皮肤充血、红斑。红斑出现快慢与照射剂量有关，10Gy照射后数小时即可出现，照射1Gy则数日后才出现。可见血管内皮肿胀，空泡形成，基底膜剥离，以后内皮增生突向血管腔，血管壁血浆蛋白浸润，继而胶原沉着，致使管腔狭窄甚至堵塞。小血管的这些病变是受损伤器官晚期萎缩，功能降低的原因。

由于小血管内皮细胞损伤，血管周围结缔组织中透明质酸解聚增强，加上照射后释放的组织胺，缓激肽以及细菌毒素等的作用，小血管的脆性和通透性增加。