铅元素的原子序数高达 82，密度约为 11.34g/cm3，这使其对 X 射线和 γ 射线具有极强的衰减能力。当射线照射到铅衣时，会与铅原子发生光电效应、华尔网附近康普顿效应和电子对效应。在光电效应中，铅原子内的电子吸收射线光子的能量；康普顿效应则使射线光子与铅原子的电子相互作用，改变光子的传播方向；电子对效应会产生正负电子对，吸收射线能量，通过这些作用大幅降低穿透铅衣的射线强度，实现有效防护。 铅衣的防护主体铅橡胶质地柔软，贴合人体曲线，穿着时不会对人体活动造成过多限制。但其密度较大，使得铅衣整体重量相对较重，不过随着技术的进步，新型铅衣在保证防护效果的前提下，通过优化材料和设计，逐步减轻了重量，了穿着舒适度。