La radioterapia distrugge la capacità delle cellule, sia normali che malate, di crescere e riprodursi danneggiandone il DNA. Le radiazioni possono determinare danni ai tessuti sani e causare effetti secondari, la cui entità può essere ridotta da specifiche cure prescritte dal radioterapista. E’ dimostrato con certezza che le cellule malate sono più sensibili alle radiazioni delle cellule sane, perché hanno un sistema di riparazione del danno provocato dalle radiazioni meno efficiente di quello delle cellule sane. Attualmente viene usata sempre più spesso la modalità di trattamento che prevede la somministrazione contemporanea di radioterapia e agenti chemioterapici (cosiddetta radio-chemioterapia concomitante) per ottenere risposte terapeutiche superiori alla sola radioterapia.