Radioterapi adalah tindakan medis menggunakan radiasi pengion untuk mematikan sel kanker sebanyak mungkin, dengan kerusakan pada sel normal sekecil mungkin. Tindakan terapi ini menggunakan sumber radiasi tertutup pemancar radiasi gamma atau pesawat sinar-x dan berkas elektron.  Terdapat dua teknik dalam radioterapi yaitu teleterapi (sumber eksternal) dan brakiterapi (sumber internal). Pada tindakan teleterapi, posisi sumber radiasi gamma energi tinggi yang berasal dari Cobalt-60 yang disimpan dalam kontainer metal yang tebal pada alat, dapat diatur sedemikian rupa sehingga kanker dapat diradiasi dari berbagai arah yang ditujukan setepat mungkin pada jaringan tumor. Tumor ganas dikenai radiasi yang sangat kuat secara berulang-ulang menggunakan teknik fraksinasi (dosis terbagi atas perkali pemberian dari total dosis yangharus diterima oleh pasien) selama jangka waktu beberapa minggu. Radioterapi diberikan setiap hari dari berbagai arah secara tepat pada kanker. Dengan demikian kanker akan menerima radiasi yang bersilang dengan dosis tinggi sementara jaringan normal dan sehat di sekitar lokasi kanker hanya akan menerima dosis yang lebih rendah dengan tingkat kerusakan yang dapat ditoleransi tubuh dan berangsur pulih.

Pesawat Teleterapi dengan posisi sumber Co-60 yang dapat diatur posisinya.

Dengan perkembangan teknik elektronika dan peralatan komputer canggih dalam dua dekade ini telah membawa perkembangan pesat dalam teknologi radioterapi. Dengan menggunakan pesawat LINAC (linear accelerator) generasi terakhir telah dimungkinkan untuk melakukan radioterapi kanker dengan sangat presisi dan tingkat keselamatan yang tinggi melalui kemampuannya yang sangat selektif untuk membatasi hanya tumor yang akan dikenai radiasi dengan dosis yang tepat pada target. Dengan memanfaatkan teknologi Three Dimensional Conformal Radiotherapy (3D-CRT)  ini sejak tahun 1985 telah berkembang metoda pembedahan dengan menggunakan radiasi pengion sebagai pisau bedahnya (gamma knife). Dengan teknik radiosurgery ini kasus tumor ganas yang sulit dijangkau dengan pisau bedah konvensional dapat diatasi dengan baik tanpa perlu membuka kulit pasien dan yang terpenting tanpa merusak jaringan normal di luar target. Kanker diradiasi dengan 201 berkas kecil Cobalt-60 di sekitar kepala pasien yang diarahkan tepat pada target dalam otak dengan energi maksimal pada target dan minimal pada jaringan disekitarnya.

Gamma Knife® – radiosurgery

     Radioterapi dapat pula dilakukan dengan menggunakan sumber radiasi terbuka yang diposisikan sedekat mungkin dengan kanker, dikenal sebagai tindakan brakiterapi. Sumber radiasi terbuka  yang umum digunakan antara lain I-125, Ra-226, yang dikemas dalam bentuk jarum, biji  sebesar beras, atau kawat dan dapat diletakkan dalam rongga tubuh (intracavitary) seperti kanker serviks, kanker paru, dan kanker esopagus, dalam organ/jaringan (interstisial) seperti kanker prostat, kanker kepala dan leher, kanker payudara, atau dalam lumen (intraluminal).

Biji I-125 yang diletakkan dalam kanker prostat pada tindakan brakiterapi

Radioterapi dapat pula digunakan untuk mengurangi rasa sakit pada pasien kanker yang disebut sebagai tindakan paliatif yang dapat dilakukan baik menggunakan sumber radiasi tertutup ataupun linear accelerator.