รังสีรักษา เป็นวิธีการรักษาที่ใช้ได้ทั้งการมุ่งหวังให้โรคหายขาดและเพื่อการบรรเทาอาการชั่วคราว ผู้ป่วยชาวไทยส่วนใหญ่ประมาณร้อยละ ๖๐-๘๐ ของผู้ป่วยมะเร็งทั้งหมดมักจะได้รับการรักษาด้วยรังสีเพราะอยู่ในระยะที่เป็นมากแล้ว และการรักษาด้วยรังสีเพื่อบรรเทาอาการ จะสะดวกสบายมากกว่าการผ่าตัดในประเทศไทยมีประวัติของการใช้รังสีเอกซ์รักษาโรคมะเร็งในโรงพยาบาลศิริราชตั้งแต่ พ.ศ. ๒๔๗๘
รังสีที่ใช้รักษาโรคมะเร็งมี ๒ กลุ่มใหญ่ คือ
๒.๑ รังสีโฟตอน ซึ่งมีพลังงานทะลุทะลวงระหว่าง ๑.๒๔ กิโลโวลต์ - ๑๒.๔ เมกะโวลต์ มีขนาดของคลื่นรังสีระหว่าง ๑๐-๐.๐๐๑ อังสตรอม อาทิ เช่น รังสีเอกซ์ จากเครื่องกำเนิดรังสีเอกซ์ รังสีแกมมาจากสารกัมมันตรังสีต่างๆ ทั้งที่เกิดโดยธรรมชาติ เช่น จากแร่เรเดียม (226 radium) หรือ ที่มนุษย์ประดิษฐ์ขึ้นมา เช่น โคบอลต์-๖๐ (๖๐ cobalt) ซีเซียม-๑๓๗ (137 Cs)ไอโอดีน ๑๓๑ (131 I) ทอง-๑๙๘ (198 Au) ฯลฯ
๒.๒ รังสีอนุภาค ส่วนใหญ่ได้จากการสลายตัวของสารกัมมันตรังสี หรือจากเตาปฏิกรณ์ปรมาณูและโดยทั่วไปแล้ว รังสีพวกนี้จะมีพลังงานทะลุทะลวงน้อยกว่ารังสีโฟตอน อาทิเช่น อนุภาคแอลฟา จากแร่เรเดียม ก๊าซเรดอน และอนุภาคบีตา จากแร่สทรอนเชียม-๙๐ (strontium-90) ฟอสฟอรัส ๓๒ (phosphorus-32) เป็นต้น
รังสีต่างๆ ที่กล่าวมานี้ นำมาใช้ในการรักษาโรคมะเร็ง โดยมีเทคนิคใหญ่ๆ ๒ แบบ คือ ในรูปของต้นกำเนิดรังสีอยู่ภายนอกร่างกายของผู้ป่วย ส่วนใหญ่อยู่ในรูปของการฉายรังสีลึก เช่น จากเครื่องฉายรังสีเอกซ์ชนิดลึก (ซึ่งแตกต่างไปจากเครื่องเอกซเรย์สำหรับการถ่ายเพื่อการวินิจฉัยโรค) เครื่องโคบอลต์-๖๐ ซึ่งมีการติดตั้งและใช้รักษาโรคมะเร็งในประเทศไทยตั้งแต่ปีพ.ศ. ๒๕๐๒ และเครื่องเร่งอนุภาค เป็นต้น และอีกแบบหนึ่งอยู่ในรูปของต้นกำเนิดรังสีอยู่ภายในร่างกายของผู้ป่วย ได้แก่ การฝังแร่เรเดียมในการรักษามะเร็งในช่องปาก การสอดใส่แร่เรเดียมในการรักษามะเร็งปากมดลูก หรือการรับประทานไอโอดีน-๑๓๑ ในการรักษามะเร็งต่อมไทรอยด์ เป็นต้น
