放射治疗，通常简称“放疗”，是使用高能量的射线（比如X线）来杀死或者使癌细胞萎缩的治疗方法。
射线可以来自体外（外放疗）或者来自直接放置在肿瘤的放射活性材料（内放疗或者植入放疗）。
外照射是从体外递送射线并集中于病灶，这是最常用的治疗肺癌原发灶和其它器官转移灶的放疗方法；外照射通常每天给一个剂量，每周5天，4到8周为一个周期，但是精确的治疗时间和周期取决于癌症的类型和分期。
近距离放射疗法，也叫做内放疗，是用微型的放射源直接放置在肿瘤中或经气道紧靠肿瘤处。这种方法很少用于肺癌开始的治疗，但如果肺癌复发且堵塞了气道，有时候推荐使用此方法。
立体适形放疗技术是一种先进的放射治疗技术。通过共面或非共面多野或多孤照射，使放射高剂量分布区在三维方向上与肿瘤靶区高度一致，从而使肿瘤靶区在受到照射的同时，周围正常组织得到保护，大大减少了对正常组织的放射损伤。为增加肿瘤放射剂量以提高疗效，加大分次剂量以缩短治疗时间奠定了放射物理学基础。这种立体定向适形放疗技术，因其在用射线束照射杀灭肿瘤的同时，尽量减少和避开对肿瘤周围正常组织的照射，以期达到手术刀切除肿瘤一样的效果，也常被称为各种的“刀”，如γ刀、X刀等。
放疗有时作为肺癌主要（初始）治疗，尤其是一般情况太差不能耐受手术者，或者癌症已经扩散太远而不能手术切除的患者。近距离放射疗法还可缓解肿瘤引起的疼痛、出血或者大气道阻塞等症状。
放疗也用在术后杀灭残留（包括肉眼所见不能切除和肉眼不能发现的微小残留）癌灶；此外放疗对缓解肺癌症状，如疼痛、上腔静脉压迫征、出血、吞咽困难以及脑转移所致问题等有效。
放疗的副反应包括轻度皮肤反应、恶心、呕吐、吞咽时疼痛、咳嗽和疲劳，常在短时间内消失；放疗加剧化疗的副反应，胸部放疗可引起肺损伤致呼吸困难，颅脑放疗的副反应在治疗后一两年最严重，包括头痛和思维障碍。
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