Este estudo teve como objetivo avaliar o efeito da radioterapia nas características biomecânicas, histomorfométricas e microestruturais do tecido ósseo. Dezoito coelhos New Zealand foram submetidos à dose única de 30 Gy de radiação. Os animais foram divididos aleatoriamente em 6 grupos: grupo controle sem radioterapia, e 5 grupos irradiados que foram sacrificados após 24h; 7 dias; 14 dias; 21 dias; e 28 dias. As tíbias foram submetidas ao teste de flexão de 3 pontos para calcular a força máxima, a resiliência e a rigidez. Teste de indentação dinâmica foi realizado para quantificar a dureza de Vickers e o módulo de elasticidade do tecido ósseo. O volume (CtV), a espessura (CtTh), e a porosidade (CtPo) da cortical óssea foram determinadas pela Microtomografia Computadorizada. A análise histomorfométrica foi baseada na lacunaridade do tecido ósseo. Os dados obtidos foram analisados utilizando os testes ANOVA one-way e Kruskall-Wallis seguidos dos testes post-hoc de Tukey, Dunnet e Dunns (p<0.05). Os valores de força máxima, resiliência, rigidez, módulo de elasticidade e dureza de Vickers foram significativamente menores nos grupos irradiados quando comparados ao grupo controle. O osso irradiado mostrou menores valores para CtTh e CtV e maior CtPo comparado ao osso não irradiado. Não foi encontrada diferença estatística para a lacunaridade óssea. Desta forma, a radiação ionizante afetou negativamente a biomecânica e os parâmetros da microarquitetura óssea, sendo que os efeitos da radiação foram mais proeminentes aos 14 e 21 dias após radioterapia.