Лъчевата терапия използва високоенергийни частици или вълни, като рентгенови лъчи, гама лъчи, електронни лъчи или протони, за унищожаване на раковите клетки.
Човешките клетки обикновено растат и се делят като така образуват нови клетки. Раковите клетки, обаче, растат и се делят по-бързо от обикновените. Радиацията действа, като прави малки прекъсвания в ДНК вътре в клетките- това възпрепятства растежа и деленето на раковите клетки и те умират.
Нормалните клетки в близост също могат да бъдат засегнати от радиация, но повечето се възстановяват и започват да работят както трябва. Докато химиотерапията и други лечения, които се приемат през устата или чрез инжектиране, обикновено излагат цялото тяло на лекарства за борба с рака, лъчетерапията е локално лечение- тя е прецизно насочена и засяга само частта от тялото, която се нуждае от лечение.
Радиационните лъчения са планирани така, че да увреждат раковите клетки с възможно най-малко увреждане на близките здрави клетки. Някои лъчелечения (системна лъчева терапия) използват радиоактивни вещества, които се прилагат във вената или през устата. Въпреки че този вид радиация се разпространява в цялото тяло, радиоактивното вещество се събира най-вече в областта на тумора, така че ефектът му върху останалата част от тялото отново е минимален.