ふつう化学変化では原子と原子が互いに結びついたり離れたりするだけで原子自体は変化しません。しかし、放射性元素の自然壊変は原子核がひとりでに放射線 (注：2)を出して別種の原子核となります。

これに対して人工放射性元素は人工的に原子核に陽子（水素の原子核）・α粒子（ヘリウムの原子核）・中性子などをぶつけて別種の原子核を作ります。このようにどちらの放射性元素も原子核が安定する物質になるまで壊変し続け、その途中にはα壊変、β壊変が起き、その直後は原子核が壊変に伴うエネルギーを持った状態にあり、それを調整するためにγ線が放出されています。

ミラクルチェンジの効果の主体はラジウムとなっていますが、厳密にいうとその前後の核種が混在している状態で、各々の核種が各々の段階で壊変を続けているために、結果としてα線、β線、γ線による影響や効果と考えられます。
しかし、α線は透過力が弱く厚紙程度で遮蔽できるため、ミラクルチェンジに使用しているアルミの外装を透過し、直接吸入空気をイオン化することはできませんが、透過力が強いβ線、γ線が放出されているため、これらが吸入空気中の酸素分子やその他の原子・分子に電離や励起(注：3)を起こし、イオン化が促進されていると考えられます。

更にα線はアルミの外装の外には出ないものの、内部で水や炭酸カルシウムの分子・原子を透過して電離や励起を起こして電子が放出され、それらが吸入空気をイオン化するという二次的な効果を生み出していると考えられます。

これらの粒子は、ある程度以上の速度で核にぶつからなければ、核を変化させる事はできません。ことに陽子とα粒子とには陽電気があるので、相手の核の陽電気との間の反発力が働き、それに打ち勝って核にぶつかるためには高速度を必要とします。これらの粒子を加速する装置にはサイクロトロン(注：4)がありますが、中・高負荷時のエンジンの吸気力はサイクロトロンと同様の効果があります。

しかし、低負荷時ではエンジンの吸気力が少なく自然界より若干程度の放射線による効果しか期待できません。しかし、中・高負荷時では吸引力が急速に増大しエアークリーナーボックス内がサイクロトロンのような状態になり原子核の反応を促進します。この人工変換でできた原子核は不安定で、これがまた放射線を出して別の原子核に変わります。この人工放射性元素は壊変にともない強力な放射線を放出します。

注：4：サイクロトロン
ミラクルチェンジはエアークリーナーボックス内部に装着されているため自然状態ではない使用環境にあり、一定しないエンジンの吸気負圧や振動、熱に絶えずさらされており、それらの複合的な外的刺激が通常の自然壊変を促進させるとともに、人工的な壊変をもたらすに充分な要因となっていると思われるため、人工放射性物質を作り出す装置として知られているサイクロトロンの名称を用いて説明しています。

中・高負荷時にミラクルチェンジより発生するマイナスイオン効果は、エアークリーナーボックス内で起きるサイクロトロン現象により、紫外線よりも遥かに強力な人工放射性元素の壊変によるものです。