α粒子穿过物质，发生的主要作用是引起物质的电离和激发。由于α粒子质量大散射作用不明显，它在气体中的径迹是一条直线。α粒子和束缚电子间通过静电场作用，将一部分能量传给电子，使束缚电子获得动能变成自由电子，产生电子和正离子(称作离子对)的作用称为电离作用。如果束缚电子获得的能量还不够使它成为自由电子，而只是使它跃迁到更高的能级，则称为激发作用。如果α粒子直接碰撞打出能量比较高的电子，这样的电子，也要引起电离，称为次级电离。α粒子穿过气体时，有60%～80%的离子对由次级电离产生。
由此可见，电离和激发的过程就是α粒子能量损失的过程。沿α粒子入射的单位路程上产生离子对数所需的能量，等于α粒子在单位路程上的能量损失率(-dE/dx)。根据α粒子的特点；又α粒子能量比电子在原子中的结合能大很多，结合能可以忽略；并把核外电子看成是自由电子；入射α粒子与自由电子之间的碰撞作用，根据量子理论并考虑相对论校正，可以导出入射α粒子电离能量损失率(-dE/dx)的精确表达式为
核辐射场与放射性勘查
式中：E为α粒子能量；v为α粒子运行速度；z为α粒子的电荷数；Z和N为介质的原子序数和单位体积内的原子数；m0和e为电子质量和电荷；β=v/c，c为光速；I是物质中电子的平均激发能，I=I0Z，即I与原子序数成正比(其中I0=10eV)；(-dE/dx)的单位10-7J/cm(10-7J即为旧单位erg，实际上常用的是MeV/cm)。
能量损失率(-dE/dx)，又称物质的阻止本领，由(2-1-1)式我们可以得出以下两点结论：
1)能量损失率与入射α粒子的速度关系密切；速度大，能量损失率低。这是因为能量转移与α粒子和电子作用时间有关。α粒子速度越慢，掠过电子附近的时间越长；电子获得动能越大，即入射α粒子能量损失越大；形成的离子对也越多。α粒子进入介质后，由于原子核库仑场的作用，逐渐减速；电离能力逐渐增强。单位路程上产生的离子对总数称为比电离。在空气中，沿路程的比电离分布，如图2-1-1所示。在路程的末端能量损失最大，产生的离子对数也最多。
2)能量损失率与NZ成正比。即密度大，原子序数高的物质，对α粒子的阻止本领大。
α粒子在物质中运动，不断损失能量。当能量殆尽，运动终止，所行经的最大距离称为α粒子在该物质中的射程(R)。用下式表示：
核辐射场与放射性勘查
式中：E0为α粒子的初始能量。由(2-1-1)和(2-1-2)式可见射程R与α粒子的速度v(或能量)以及物质的原子序数关系密切。速度越大(能量E大)射程越大。物质原子序数越大，射程越小。
以空气为介质，将210Po放出的α粒子(能量5.3MeV)放在α粒子探测器前面。从零逐渐加大两者之间的距离(R)，并记录每段距离上的测得的计数率n(单位时间内计数)，即可得图2-1-2所示的曲线。可见，在开始一段距离，计数率(n)保持不变；当增加至一定距离时，计数率很快下降，一直到零。表明能量为5.3MeV的α粒子，在标准状态空气中平均射程Rm=3.84cm。即对曲线A求微分得到曲线B，其极大值的对应点。曲线A末端下降部分直线延长线与横坐标交点RE为外推射程，A曲线与横坐标的交点Rmax为最大射程。
图2-1-1 α粒子在空气中射程上的比电离
图2-1-2 α粒子射程
天然放射性核素放出α粒子的能量在4～8MeV之间，在空气中射程计算的经验公式为
R0=0.318 E3/2 (2-1-3)
式中：R0为α粒子在15℃、一个大气压(101325Pa)空气中的射程，单位为cm；E为α粒子能量，单位为MeV。则α粒子在其他物质中的射程，可通过下述经验公式求得：
核辐射场与放射性勘查
式中：A和ρ为通过物质的质量数和密度(g/cm3)；R0、R取单位cm。如果是几个成分组成的混合物或化合物，则
核辐射场与放射性勘查
式中：ni和Ai分别为第i种物质成分的相对含量和质量数。