Par opposition aux effets dits déterministes, les effets stochastiques n'apparaissent pas selon le principe d'une cause qui induit toujours le même effet. Ils concernent par exemple les effets de faibles doses de toxiques, ou les effets des rayonnements ionisants néfastes à la santé. Le cancer est un exemple de maladie, souvent multi-factorielle, résultant d'effets stochastiques.
Une relation linéaire a pu être mise en évidence sur les survivants de Hiroshima et Nagasaki entre le taux de leucémie et la dose estimée. Pour une dose absorbée de 13 Gy, le taux de leucémie observé était de 800 cas par millions, et de cinquante par millions pour une dose de 1 Gy (pour une incidence spontanée de l'ordre de trente par millions)1.
On s’accorde généralement pour dire que le surcroît de risque relatif à 100 mSv est de 1,06, ce qui correspond (pour un risque naturel de cancer de l'ordre de 20 %) à un taux de cancer provoqué de 1 % pour 100 mSv2.