Radyoterapi iki yöntemden biri ile uygulanabilir; eksternal = dışarıdan radyoterapi ya da brakiterapi = içeriden/yakından radyoterapi. Bazı hastalara önce biri sonra diğeri olmak üzere her ikisi birden uygulanır.
Tümör nedeniyle radyoterapi uygulanması gereken çoğu hastada dışarıdan radyoterapi kullanılır. Eksternal radyoterapi sırasında hastalar radyoterapi cihazı masasına daha önceden tespit edilen radyoterapi alanına dışarıdan foton demetleri ile tedavi edilmektedir. Bu uygulama sırasında hastalar herhangi birşey hissetmemektedir. Genellikle bir hastane veya radyoterapi merkezindeki özel tedavi cihazlarıyla ayaktan tedavi şeklinde uygulanır. Bu cihazlardan elde edilen yüksek enerji ışınları tümöre ( ve onu çevreleyen küçük miktarda bir normal dokuya) uygun şekilde yöneltilir. Bu cihazlar değişik şekillerde çalışır. Bazıları deri yüzeyine yakın tümörlerin tedavisinde daha iyi iken, diğerleri vücudun daha derin yerlerindeki tümörler üzerinde iyi sonuç verir.
Radyoterapide en sık kullanılan cihaz türü lineer akseleratörlerdir. Bu cihazda elektrik enerjisiyle üretilen yüksek enerjili X- ışınları ile derin yerleşimli tümörler, elektron demetleri ile de yüzeyel tümörlerin tedavisi gerçekleştirilir. (Bazı radyoterapi cihazları ise yüksek enerji ışınlarının kaynağı olarak elektrik enerjisi değil, doğrudan bazı radyoaktif maddeleri kullanır (örneğin kobalt-60 cihazı).
İçeriden/yakından radyoterapide radyasyon kaynağı bizzat vücudun içine yerleştirilir. (Bu radyoterapi metoduna brakiterapi ya da implant tedavisi denir. Brakiterapi uygulaması dışarıdan radyoterapiye göre daha az sıklıkta kullanılmaktadır. Brakiterapide radyasyon kaynağı (örneğin; radyoaktif iyod, iridyum) implant denen küçük bir tutucuya yerleştirilir. İmplant tel, plastik tüp (kateter), veya kapsül şeklinde olabilir. Brakiterapinin en büyük avantajı tümör bölgesi veya riskli bölgeye çok yüksek doz verilirken, çok hızlı doz azalmasına bağlı olarak çevre organlar çok düşük dozlar alabilmektedir.
Klinikte sık kullanılan brakiterapi uygulamaları şunlardır:
İntrakaviter brakiterapi: Kavite içerisine radyoaktif kaynaklar kateter vasıtasıyla yerleştirilip bölgesel tedavi yapılmaktadır. Serviks kanseri, endometrium kanseri, gibi..
İntralüminal brakiterapi: Tüp şeklinde iki ucu açık olan organlarda tümöre bağlı tıkanıklığı açmak amacıyla uygulanan tedavi seçeneğidir. Akciğer kanseri, özefagus kanseri, safra yolları kanseri gibi.
İnterstisyel brakiterapi: Tümöre veya riskli organa radyoaktif kaynağının direkt olarak veya kateterler vasıtasıyla dolaylı olarak yerleştirildiği tedavi tekniğidir. Prostat kanseri, oral kavite ve orofarenks tümörleri, meme kanseri, yumuşak doku tümörleri, gibi.
Mold brakiterapisi: Yüzeyel yerleşimli tümörlerin uygun kalıp yapılarak içerisine kateterlerin veya radyoaktif kaynakların yerleştirildiği tedavi seçeneğidir. Cilt tümörleri, dudak tümörleri, gibi.