X ışınlarının biyolojik etkisine dayanan sağaltım yöntemi. Işın tedavisi de denir. Kanser olgularında ameliyat ve kemoterapi gibi bir tedavi yöntemidir ve tek başına yapılabileceği gibi, ameliyat öncesi, sonrası ya da kemoterapi beraberliğinde uygulanabilir. Yaklaşık 100 yıl önce radyoaktif ışınların keşfinden bu yana radyasyon, tıpta teşhis (radyoloji) ve tedavi (radyoterapi) amacıyla, giderek yaygınlaşarak kullanılmaktadır. Radyoterapide daha güçlü ışınlar kullanılmasına karşın, hasta tedavi sırasında, röntgen çekiminde olduğu gibi, işlemi hissetmez. Radyasyonun tehlikeleri hakkındaki yaygın endişelere karşın, tıp bugün radyasyonun kullanılmasında yeterince bilinçli ve deneyimlidir. Radyasyon tedavisi, gereği gibi kullanıldığında riski çok az, yararlarıysa çok daha fazla olan bir tedavi yöntemidir.

Radyoaktif ışınlar, tedavi edilen bölgedeki kanser hücrelerini yok ederek etkilerini gösterirler. Bu arada tedavi alanı içindeki normal hücreler bu ışınlardan kötü etkilenseler de, onların kendilerini onarma yetenekleri vardır. Dolayısıyla radyasyona bağlı normal doku hasarı çoğu kez geçicidir. Olası yan etkilerden olabildiğince kaçınmak amacıyla, radyoterapide verilmesi plânlanan toplam doz, seanslara bölünerek verilir. Genellikle haftanın beş günü, günde bir seans şeklinde uygulanır ve hafta sonu hastanın dinlenmesi öngörülür. Böylece normal hücrelerin iyileşmesine de fırsat tanınmış olur.

Radyasyon tedavisi, Co-60 ya da Doğrusal Hızlandırıcı gibi aygıtlar aracılığıyla vücudun dışından (harici radyoterapi), vücut boşlukları ya da doku içine radyoaktif maddelerin yerleştirilmesi yoluyla içerden (dâhili radyoterapi) gerçekleştirilir. Tedavilerin şekli, hastanın yaşı, genel sağlık durumu, teşhis edilen kanserin türü, evresi, yerleşim yeri gibi birçok önemli etkene bağlıdır. Bu tedavi kararları, birçok farklı tıp alanından uzman hekimlerin hastayı en başından beri birlikte görüp değerlendirmeleri sonucu alınır ve her hasta ayrı değerlendirilir. Bu nedenle aynı tip kanser hastası bile olsalar, her hastanın tedavisi kendi koşullarında plânlanır.