癌症，至今仍然是威胁人类生命最可怕的疾病之一。癌细胞分裂繁殖活跃，对射线有敏感性。已成为治疗癌症的三大有效手段（手术切除、和化学治疗）之一。目前，治疗肿瘤，常常是用三种方法相结合的综合疗法。
癌症的，可采用γ射线、X射线或电子束。机能量可调，装置简单，但能量较低，适用于治疗浅表性肿瘤。电子束治疗，能量可调，可用于治疗浅表或深部肿瘤，但装置比较复杂，造价较高。钴装置比较简单，能量高，适用于治疗深部肿瘤。用的钴源要求体积小、强度大，要用高比度的钴-60。钴-60要适应不同人体部位，不同方式的治疗，能有效地保护医务人员和患者。除了钴源外，铯源和铱源也是用得较多的γ源。
已用于治疗各种癌症。早期，多用镭照射，现在使用较多的是钴源和铯源的γ射线和加速器打出的高能电子束。逐渐又成功开发使用质子、中子和介子。一些新方法还在不断出现，如放射性核束治癌等。脑部肿瘤是难治的疾病，由于脑部神经细胞特别多，手术难度非常大。近年开发的硼中子俘获治疗法，对治疗脑神经胶质瘤很有成效。这是先把无毒的硼化合物注射进患者的肿瘤部位，这些硼化合物有浓集在肿瘤处的特性。然后用热中子对病灶进行照射。硼“喜爱吃中子”，吃掉中子，放出α射线。α射线的射程很短，只有10微米，所以只能破坏一个细胞，正好有效地杀死癌细胞，而对正常的组织几乎不产生影响。
随着影像学、分子生物学、计算机科学的发展，X射线断层扫描（CT）、正电子发射断层显像（PET），单光子断层显像（SPECT）和核磁共振（MRS）等技术手段的出现，使得可实现精确定位、精确计划、精确照射和均匀照射，提高对病灶的照射剂量，而减少对周围正常组织的损伤，缩短疗程，疗效越来越好。