Ο τρόπος που δρα η ακτινοθεραπεία είναι προκαλώντας βλάβη στα καρκινικά κύτταρα. Βέβαια η ακτινοβολία προσβάλλει και τα φυσιολογικά κύτταρα που βρίσκονται στην περιοχή ακτινοβόλησης. Όμως τα φυσιολογικά κύτταρα έχουν τη δυνατότητα να επιδιορθώσουν τη βλάβη που προκαλείται από την ακτινοβολία σε αντίθεση με τα καρκινικά κύτταρα που έχουν χάσει αυτήν την ικανότητα.

Πολλές κλινικές μελέτες - συμπεριλαμβανομένων των εν εξελίξει μελετών- εξέτασαν τον καλύτερο τρόπο ακτινοβόλησης διαφορετικών τύπων όγκων.

Η πρόκληση στην ακτινοθεραπεία είναι να βρεθεί μια ισορροπία μεταξύ της δόσης που απαιτείται για τον έλεγχο του όγκου και της δόσης που είναι ακόμη καλά ανεκτή από τους γύρω από αυτόν υγιείς ιστούς.