Микродозиметри́я, изучает процессы передачи и поглощения энергии ионизирующих излучений на клеточном и молекулярном уровнях, исследует микроскопическое распределение энергии, поглощённой объектом, и устанавливает связь между параметрами этого распределения и откликом объекта на облучение.

Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом вызывает различные эффекты, среди которых наиболее важны радиационные биологические эффекты, возникающие при облучении организмов. В классической дозиметрии при предсказании радиационных эффектов пренебрегают флуктуациями поглощённой энергии излучения. В то же время анализ механизмов радиационных биологических эффектов (в особенности при малых дозах облучения) требует оценки именно стохастических флуктуаций поглощённой энергии в малых объёмах вещества, сопоставимых по размерам с клеткой и субклеточными структурами (хромосомами, клеточными мембранами). Энергия ионизирующего излучения, поглощённая этими структурами, запускает сложную цепь реакций, которые приводят в конечном счёте к хромосомным и генным мутациям, гибели клеток или их злокачественной трансформации и даже гибели организма. Современная техника микропучков даёт возможность облучать единичные клетки и исследовать эффекты воздействия определённого числа заряженных частиц на отдельные клетки и даже на отдельные внутриклеточные структуры.

Микродозиметрия позволяет исследовать сложные биологические явления: отдалённые последствия воздействия ионизирующего излучения, влияние межклеточных взаимодействий на необлучённые клетки, геномную нестабильность, способность клеток адаптироваться к воздействию больших доз радиации после предварительного облучения малыми дозами, гиперчувствительность клеток к действию малых доз радиации и др.

Микродозиметрия, возникшая в конце 1950-х гг., лежит на стыке различных научных дисциплин (радиационной физики, радиационной химии, радиобиологии, физики конденсированного состояния вещества и др.). Достижения микродозиметрии используются в радиационной генетике, радиационной и космической медицине, радиационной онкологии (исследованиях по лучевой терапии злокачественных новообразований) и др. Регулярно проводятся международные симпозиумы по микродозиметрии.