Voraussetzung für einen Nachweis der Bestrahlung sind charakteristische Veränderungen im Lebensmittel. Und darüber wird seit Jahrzehnten gestritten. Während ein Expertengremium von WHO, FAO und IAEA 1980 konstatierte, daß bei der Bestrahlung keine Begleitstoffe gebildet würden, die nicht auch bei anderen Verarbeitungsverfahren entstünden, fahnden Analytiker weiterhin nach typischen Bestrahlungsprodukten. Ausgangspunkt ist die Radiolyse, vor allem die Bildung freier Radikale: Bei der strahlenchemischen Spaltung von Wasser im Lebensmittel entstehen Hydroxylradikale, hydratisierte Elektronen und Wasserstoff-Atome. Bei der empfohlenen Maximaldosis von 10 kGy bilden sich pro Kilo etwa 5 x 10-3 Mol der reaktiven Verbindungen. Ihre Halbwertszeiten betragen weniger als 10-9 Sekunden. Sie bilden sekundäre Radikale mit niedrigerer Reaktivität wie Wasserstoffperoxid und molekularen Wasserstoff.

Insofern ist eine breite Palette neuer Stoffe durch den Angriff auf Eiweiße, DNA, Aromaten (z.B. Phenole, Phenylalanin) oder Kohlenhydrate zu erwarten. Eiweiße werden chemisch modifiziert, Ascorbinsäure zu Oxalat abgebaut, zugesetzte Antioxidantien reagieren zu reaktiven Chinonen. Die strahlenchemische Bildung von ortho- und meta-Tyrosin aus Phenylalanin wird zur Analytik bestrahlten Fleisches herangezogen. Hydroxylradikale greifen die Purin- und Pyrimidin-Basen der DNA an, Guanin und Cytosin setzen sich zu 8-Hydroxyguanin und 5-Hydroxycytosin um. 8-Hydroxyguanin ist kein natürlicher Bestandteil von Lebensmitteln. Soweit Spuren davon in unbestrahlten Produkten nachgewiesen werden, handelt es sich um Mutationen aufgrund natürlicher Radioaktivität oder UV-Strahlung. Neben der DNA sind auch andere Biopolymere wie z.B. Stützgewebe ein bevorzugter Angriffspunkt der Radiolyse. So wurden Veränderungen in der Elastizität bzw. Viskosität von Hydrokolloiden oder von Chitin (Shrimps, Champignons) zum Nachweis einer Bestrahlung herangezogen.