Röntgenstraling, maar dan veel sterker dan die gebruikt wordt voor diagnostiek (denk aan röntgenfoto's), wordt toegepast voor de behandeling van patiënten met kanker. Naast röntgenstraling wordt ook elektronenstraling en gammastraling toegepast. De behandeling van kanker met straling heet radiotherapie. De arts die de straling toepast, wordt sinds 1978 radiotherapeut genoemd.
Wat gebeurt er nu bij de behandeling met straling? De door bestraling ontstane radicalen kunnen het erfelijk materiaal (DNA) aantasten. Maar straling kan het DNA ook direct treffen en beschadigen.
Als het DNA licht beschadigd is, is de cel uitstekend in staat om de schade te herstellen. Dit kost enige tijd. Tijdelijk zal de snelheid van delen afnemen. Is de schade echter ernstig, of wordt de cel opnieuw bestraald voordat de schade is hersteld, dan kan de totale schade uiteindelijk dodelijk zijn. De cel sterft dan bij een volgende poging tot deling of gaat al eerder dood. Het DNA valt uiteen en het lichaam voert de brokstukken af. Dit is het doel van de radiotherapie: tumorcellen doden.
Soms wordt bij een beperkte beschadiging van het DNA het herstel niet helemaal goed uitgevoerd. De schade wordt doorgegeven aan de dochtercellen. Zijn dit gezonde cellen, dan leidt die schade er soms toe dat de cel zich maar blijft delen. De cel trekt zich dan van zijn omgeving niets meer aan. In deze uitzonderlijke situatie kan een gezonde cel een tumorcel worden, waarvan de uiteindelijke tumor pas tien of tientallen jaren later wordt aangetroffen. We zeggen dan dat door de beschadiging, bijvoorbeeld door bestraling of roken, een tumor is geïnduceerd.
Radiotherapie maakt gebruik van het verschil in het vermogen van cellen van kwaadaardige tumoren en van gezond weefsel om stralingsschade te herstellen. Door de totale stralingsdosis in fracties (kleine hoeveelheden) gedurende een aantal weken toe te dienen, kan het gezonde weefsel zich steeds herstellen terwijl de tumor uiteindelijk vernietigd wordt. Bovendien is het mogelijk de tumor een hogere dosis te geven dan de omliggende gezonde weefsels, door de tumor vanuit verschillende richtingen te bestralen. De tumorcellen ontvangen de hoogste dosis, waardoor ze het meest beschadigen en afsterven. De gezonde lichaamscellen ontvangen een veel lagere dosis en kunnen de toegebrachte schade weer helemaal of grotendeels herstellen. Dat het gezonde weefsel toch blijvende schade kan oplopen is niet geheel te vermijden. In het hoofdstukje "Bijwerkingen" worden hiervan voorbeelden gegeven.