Хронічна форма променевої хвороби, на відміну від гострої, розвивається повільно, протягом декількох років. Після припинення хронічного опромінення може спостерігатися поліпшення стану-при триваючому опроміненні захворювання прогресує.
Розрізняють три ступені тяжкості захворювання: легку, середньої важкості і важку. Хронічна променева хвороба легкого ступеня характеризується астенічним синдромом (загальне нездужання, слабкість, дратівливість, погіршення сну і апетиту, схильність до гіпотонії, порушення менструального циклу у жінок), невеликим ступенем лейкопенії і тромбоцитопенії. При переведенні працівника в інші умови роботи, після відпочинку і загальнозміцнюючий лікування здоров'я у більшості хворих поліпшується. При середній тяжкості променевої хвороби всі зазначені симптоми більш різко виражені і стійки. Приєднуються симптоми, пов'язані з порушенням функцій шлунково-кишкового тракту, серцево-судинної і центральної нервової систем, ендокринної системи (менорагія і аменорея), органів кровотворення (Анемія, лейкопенія, лімфопенія, тромбоцитопенія). Хворі на променеву хворобу середнього ступеня тяжкості потребують тривалого стаціонарного і санаторного лікування, що включає, крім вітамінотерапії і загальнозміцнюючий лікування, трансфузии крові, еритроцитної або лейкоцитной маси, гормонотерапію, засоби для детоксикації організму.
Для важкого ступеня променевої хвороби характерні ознаки дифузного ураження головного мозку, що протікає по типу токсичного енцефаліту, супроводжується важкими порушеннями серцево-судинної, травної та нейроендокринної систем і різким пригніченням кістковомозкового кровотворення.
Променева хвороба характеризується віддаленими наслідками, що розвиваються через багато років після перенесеного опромінення. До числа віддалених наслідків відносяться дистрофічні зміни окремих систем організму (цереброастенія, придушення або повне пригнічення статевої функції, променеві катаракти, аплазія кісткового мозку) - розвиток лейкозів і променевого раку. Променевої бластомогенез (канцерогенез) проявляється як в більш частому розвитку лейкозів і злоякісних пухлин різної локалізації у осіб, що перехворіли на променеву хворобу, так і у виникненні пухлин в органах і тканинах, переважно накопичують радіоактивні речовини. Лікування променевого раку має бути хірургічним.