癌癥對輻射的反應通過其輻射敏感性來描述。高度輻射敏感的癌細胞會被中等劑量的輻射迅速殺死。 這些包括白血病、大多數淋巴瘤和生殖細胞腫瘤。大多數上皮癌僅對輻射中度敏感，需要更高劑量的輻射 (60-70 Gy) 才能實現根治。某些類型的癌癥具有顯著的輻射抗性，即 也就是說，產生根治性治愈所需的劑量比臨床實踐中可能安全的劑量高得多。 腎細胞癌和黑色素瘤通常被認為具有放射抗性，但放射治療仍然是許多轉移性黑色素瘤患者的姑息選擇。 將放射療法與免疫療法相結合是一個活躍的研究領域，并已顯示出對黑色素瘤和其他癌癥的一些希望。

重要的是要區分特定腫瘤的放射敏感性（在某種程度上是一種實驗室測量）與癌癥在實際臨床實踐中的放射治療能力。 例如，白血病通常不能通過放射療法治愈，因為它們會通過身體傳播。 如果淋巴瘤局限于身體的一個區域，則可以從根本上治愈它。 同樣，許多常見的、中等放射反應的腫瘤如果處于早期階段，通常會接受治愈劑量的放射治療。 例如，非黑色素瘤皮膚癌、頭頸癌、乳腺癌、非小細胞肺癌、宮頸癌、肛門癌和前列腺癌。 除了寡轉移性疾病外，轉移性癌癥無法通過放射療法治愈，因為不可能治療全身。

現代放射治療依靠 CT 掃描來識別腫瘤和周圍的正常結構，并進行劑量計算以制定復雜的放射治療計劃。 患者會收到小的皮膚標記，以指導治療區域的放置。 在此階段，患者定位至關重要，因為在每次治療期間，患者都必須處于相同的位置。 許多患者定位裝置已為此目的而開發，包括可針對患者模制的面罩和墊子。 圖像引導放射治療 (IGRT) 是一種使用成像來校正每次治療過程中的位置誤差的方法。

腫瘤對放射治療的反應也與其大小有關。 由于復雜的放射生物學，非常大的腫瘤對輻射的反應不如較小的腫瘤或微觀疾病。 各種策略被用來克服這種影響。 最常見的技術是在放射治療之前進行手術切除。 這最常見于通過廣泛的局部切除術或乳房切除術隨后進行輔助放射治療來治療乳腺癌。 另一種方法是在根治性放射治療之前通過新輔助化療縮小腫瘤。 第三種技術是通過在放射治療過程中給予某些藥物來增強癌癥的放射敏感性。 放射增敏藥物的例子包括順鉑、尼莫唑和西妥昔單抗。

放射治療的影響因不同類型的癌癥和不同群體而異。 例如，對于保乳手術后的乳腺癌，已發現放療可使疾病復發率減半。 在胰腺癌中，放療增加了無法手術的腫瘤的生存時間。

放射治療本身是無痛的。 許多低劑量的姑息治療（例如，骨轉移的放射治療）引起的副作用很小或沒有，盡管由于治療區域的水腫壓迫神經，在治療后的幾天內可能會出現短期疼痛發作。 較高劑量會在治療期間（急性副作用）、治療后數月或數年（長期副作用）或再次治療后（累積副作用）引起不同的副作用。

副作用的性質、嚴重程度和持續時間取決于接受放射的器官、治療本身（放射類型、劑量、分割、同步化療）和患者。

大多數副作用是可以預測和預期的。 放療的副作用通常僅限于接受治療的患者身體部位。 副作用是劑量依賴性的； 例如，較高劑量的頭部和頸部輻射可能與心血管并發癥、甲狀腺功能障礙和垂體軸功能障礙有關。 現代放射治療旨在將副作用降至最低，并幫助患者了解和應對不可避免的副作用。