Il comportamento dei fotoni nella materia è molto diverso da quello delle particelle cariche. Infatti la mancanza di carica elettrica rende impossibili collisioni elastiche e anelastiche con gli elettroni atomici del mezzo assorbitore.
Sono, invece, possibili altri tipi di interazioni caratteristiche dei fotoni:

1. Effetto fotoelettrico
2. Effetto Compton
3. Creazione di coppie

Le sezioni d'urto di questi tre processi sono molto più piccole di quelle che descrivono le interazioni delle particelle cariche e sono caratterizzate da una grande dipendenza dall'energia iniziale del fascio di fotoni.
Ognuno dei tre processi elimina o devia il fotone dalla direzione del fascio, quindi i fotoni che vengono rivelati lungo tale direzione dopo aver attraversato il mezzo sono quelli che non hanno subito nessuna interazione e quindi possiedono l'energia originale.
L'attenuazione del fascio dipende dal numero di fotoni che hanno interagito ed ha un andamento di tipo esponenziale:

I(x) = I₀ exp(-mx)

dove I₀ è l'intensità del fascio incidente, x lo spessore dell'assorbitore e m il coefficiente di assorbimento.
Il coefficiente di assorbimento è dato da:

m = Ns_tot

dove N è la densità di atomi nell'assorbitore e s_tot la sezione d'urto totale per atomo, dovuta al contributo dei 3 processi secondo la formula:

s_tot = s_phot + Z s_Comp + s_coppie

dove Z, numero atomico dell'assorbitore, moltiplica s_Comp in modo da considerare gli Z elettroni per atomo.
Per avere un'idea più chiara di seguito sono fruibili alcuni link a grafici di sezioni d'urto e coefficienti di assorbimento per vari materiali assorbitori:

• Sezioni d'urto di fotoni su vari materiali
• Coefficiente di assorbimento su vari materiali

  Radiazione nella materia