La radioterapia sfrutta l'azione biologica delle radiazioni ionizzanti a scopo terapeutico.
La sua applicazione principale è il trattamento delle patologie tumorali e del dolore ad esse associato. La terapia radiante è utilizzata, in alcuni casi, come unica metodica terapeutica. In altre circostanze, invece, è associata ad altri trattamenti: ad, esempio, viene utilizzata per ridurre una massa tumorale prima della sua asportazione chirurgica, oppure dopo un intervento, per evitarne il riformarsi.
È possibile l'associazione anche con la chemioterapia.
Un'applicazione importante della radioterapia è quella palliativa, per ridurre il dolore e gli altri sintomi invalidanti associati alle diverse forme di tumore, specie in presenza di metastasi.

Nel corso del 2004, la Unità Operativa ha attivato la tecnica conformazionale (3D CRT) per i tumori della prostata e del polmone in casi selezionati.
Si tratta di una procedura che usa il computer per creare una immagine tridimensionale del tumore, allo scopo di colpirlo accuratamente e di irradiarlo con la maggior intensità possibile, risparmiando i tessuti sani.
Sono inoltre state perfezionate le procedure per i trattamenti integrati radioterapia-chemioterapia, aumentati soprattutto per le patologie della testa, del collo, dell'encefalo e del retto, grazie alla creazione di gruppi di lavoro interdisciplinari ed all'applicazione di appositi protocolli. Per tali trattamenti, a partire dai primi mesi del 2005, la Unità Operativa dispone anche di due posti letto di Day Hospital, collocati presso la Oncologia Medica