如同外科手术一样，放疗也是治疗局限性癌症的方法。它利用了肿瘤细胞天生的对辐射的敏感性，而相比较而言，正常组织对辐射的敏感性就低得多。

致电离辐射，通常指X射线和γ射线（钴60）常用来杀死局部的肿瘤细胞。通过对水的电离，这个辐射在目的细胞内产生了自由基和氧化剂。这些产生的化学物质使DNA链发生断裂和损伤，使得转录发生了改变，修复系统发生故障，最终导致细胞死亡。缺氧组织相对的对于辐射的敏感性小。

远距离放射疗法是体外放置发射源，例如线性加速器等。

短距离放射疗法是通过在肿瘤内或肿瘤附近放置密封的有放射性的物质来达到治疗目的。肿瘤附近的插入主要是针对体腔内的肿瘤，例如子宫颈癌或者阴道癌；或者针对腔隙内的灌注，例如前列腺癌。

放射性核例如碘131（用于甲状腺癌）或者锶89（用于癌症骨转移）。

在那些设备先进和便利的国家中，超过50%的患者接受放疗。在某些癌症中，放疗可以作为单一的治疗方法或者可以和外科手术结合进行治疗。通常放疗作为一种治疗手段主要用于减轻癌症的骨转移和脑转移，缓解出血症状、疼痛和栓塞。放疗作为紧急治疗用于脊髓压迫性肿瘤，呼吸道阻塞和上腔静脉的栓塞。