Die weitaus schwerwiegendste Folge übermäßiger UV-Exposition ist die Bildung von Hautkrebs, der weltweit zu den am häufigsten auftretenden Krebsarten zählt. In Deutschland liegt die Neuerkrankungsrate für Hautkrebs schätzungsweise bei 140.000/Jahr – mit steigender Tendenz. In den letzten 20 Jahren hat sich die Neuerkrankungsrate am malignen Melanom verdreifacht. Im Vergleich dazu erkranken an allen anderen Krebsarten zusammen ca. 330.000 Personen pro Jahr. Verantwortlich für den starken Anstieg der Hautkrebserkrankungen ist die Zunahme der UV-Belastung. Der häufigere Aufenthalt in der Sonne, Urlaubsreisen in südliche Länder und die Nutzung von Solarien führten in den letzten Jahrzehnten zu einem stetigen Anstieg der UV-Exposition der Bevölkerung. Als weitere Risikofaktoren gelten generell eine familiäre Häufung von Hautkrebserkrankungen und die Zugehörigkeit zum Hauttyp I und II.

Auslösender Faktor für die Hautkrebsentstehung aufgrund von UV-Exposition ist die Schädigung des Erbmaterials, der DNA. Wenn die DNA-Schäden in den Zellen nicht vollständig repariert werden, können sie zu Krebszellen entarten. Hinzu kommt, dass übermäßige UV-Exposition auch das Immunsystem schädigen kann, so dass die körpereigene Tumorüberwachung beeinträchtigt wird.

Über 90% der bösartigen Neubildungen der Haut sind epidermalen Ursprungs. Bei den Basalzell- und Plattenepithelkarziomen gilt ein direkter Zusammenhang zwischen UV-Bestrahlung und Hautkrebsinzidenz als gesichert.

Beim Basalzellkarzinom (oder Basaliom) handelt es sich um einen langsam wachsenden Tumor, der nur sehr selten Metastasen (Tochtergeschwülste) bildet. Er tritt vorwiegend an UV-exponierten Hautpartien wie Gesicht, Ohren und Kopfhaut auf. Die Sterblichkeit ist sehr niedrig. Da der Tumor aber lokal Gewebe zerstört, stellt die Therapie häufig ein großes kosmetisches Problem dar.

Das Plattenepithelkarzinom (auch als Spinaliom oder Stachelzellkrebs bezeichnet) ist ein invasiver (in das umliegende Gewebe hineinwuchernder), lokal zerstörender Tumor, der ab einer bestimmten Größe auch Metastasen bilden und zum Tode führen kann. Er tritt ebenfalls an UV-exponierten Hautpartien wie Gesicht, Handrücken und Unterarme auf. Als weiterer Risikofaktor kommt das Vorhandensein von aktinischen Keratosen hinzu.

Beim malignen Melanom (schwarzer Hautkrebs) ist die Situation nicht so eindeutig. Obwohl Melanome nicht bevorzugt an UV-exponierten Hautarealen auftreten und in der Häufigkeit nicht direkt mit der kumulativen UV-Dosis korrelieren, sprechen epidemiologische Daten für einen wesentlichen UV-Einfluss auch bei der Entstehung dieser Erkrankung. Allerdings scheinen eher kurze, intensive UV-Bestrahlungen, die auch zu Sonnenbrand führen, eine Rolle zu spielen, wobei häufige Sonnenbrände in Kindheit und Jugend möglicherweise ein besonderes Risiko darstellen. Das maligne Melanom ist ein unterschiedlich wachsender, in der Regel braun gefärbter Tumor, der häufig und in einem ziemlich  frühen Stadium Metastasen bildet und an beliebigen Hautpartien auftreten kann. Bei Früherkennung ist der Tumor überwiegend heilbar, bei verzögerter Therapie oft tödlich. Die Sterberate liegt bei ca. 20 bis 25%. Als Risikofaktor gilt auch das Vorhandensein  vieler Pigmentmale (umgangssprachlich als „Leberflecke“ bezeichnet).

Eine weitere Folge chronischer UV-Expositionen ist die Beschleunigung der Hautalterung. Bei zu häufigen UV-Expositionen verliert die Haut ihre Elastizität. Es kommt zu Pigmentverschiebungen, Austrocknung, Faltenbildung und Bindegewebsschädigung. Besonders UV-A-Strahlung trägt zu dieser vorzeitigen Hautalterung bei.

Neben der Haut können auch die Augen Schäden durch UV-Exposition erleiden. In erster Linie ist davon die Augenlinse betroffen, die einen großen Anteil der in das Auge eindringenden UV-Strahlung absorbiert. Übermäßige UV-Exposition ist einer der auslösenden Faktoren für den Katarakt (Grauer Star). Auch wenn nur ein geringer Anteil der UV-Strahlung bis zur Netzhaut vordringt, wird die UV-Strahlung auch mit Netzhautveränderungen und der Makuladegeneration (Makula = Gelber Fleck = Ort des schärfsten Sehens) in Zusammenhang gebracht.

Neben dem Schutz der Haut durch Kleidung bzw. Sonnenschutzmittel ist daher auch der Schutz der Augen durch eine gute Sonnenbrille beim Aufenthalt in der Sonne unbedingt erforderlich (siehe „Tipps zum Schutz vor UV-Strahlung“).