Nos efeitos estocásticos, o que varia com a dose: a probabilidade de ocorrência ou a gravidade do dano?

A probabilidade de ocorrência; a gravidade não aumenta com a dose.

Explicação:
Em efeitos estocásticos há latência (meses ou anos) e exposições geralmente em baixas doses.
O que muda com a dose é a chance de o efeito surgir, não a severidade quando ele ocorre: \(P \propto D\).

Exemplo:
Suponha um modelo linear simples \(P = kD\). Se \(k=0{,}001\) por mSv, então:
\(D=1\ \text{mSv} \Rightarrow P=0{,}001\) (0,1%)
\(D=5\ \text{mSv} \Rightarrow P=0{,}005\) (0,5%)
Ou seja, ao aumentar a dose de 1 para 5 mSv a probabilidade quintuplica, mas o efeito, se ocorrer, não é necessariamente mais grave; apenas se torna mais provável.