Radioterapie je klíčovou léčebnou modalitou v léčbě karcinomu plic napříč všemi stadii. V průběhu nemoci je radioterapie klinicky přínosná až u 77 % pacientů.Celosvětově je ovšem "prozářenosť daleko nižší, v České republice absolvuje radioterapii zhruba 25 % pacientů s bronchogenním karcinomem.
Pokročilé techniky radioterapie, jako jsou IMRT (intensity modulated radiotherapy) a IGRT se zohledněním dýchacích pohybů (image guided radiotherapy), umožňují redukovat dávku na srdce a zdravou plíci, snižují riziko postradiační pneumonitidy a prodlužují přežití.