放疗采用一种被称为“放射源”的特殊设备产生的高能量射线照射癌变的肿瘤，杀死或破坏癌细胞，抑制它们的生长、繁殖和扩散。
放疗利用放射线对肿瘤和邻近正常组织杀伤力的差别，以及它们恢复能力的不同“抑恶扬善”，治疗肿瘤。细胞核内有一种叫做“DNA双链”的结构对放射线最敏感，射线可直接作用于DNA双链，造成其单链或双链断裂。单链断裂尚可修复，而双链断裂即可造成细胞失去无限增生的能力而致细胞死亡。此外，放射线还会破坏细胞膜，促进细胞死亡。
虽然一些正常细胞也会受到影响，但由于癌细胞的生长和分裂比周围正常细胞要快，高能量射线对癌细胞的剂量足以使其灭活直至彻底死亡，而正常组织则相对不敏感，并能及时修复得以“幸免”。