放射線對組織細胞有殺傷作用。對生長越旺盛，分化越幼稚的細胞作用越大。惡性腫瘤細胞生長旺盛，對放射線的敏感性相對較大，是腦瘤放射治療的基礎。可用的放射線有α射線，γ射線及高速發射的電子、中子和質子。除體外放療外，近年也用核素內放射療法，可減少對正常腦組織的損傷。具體方法如下。
1）單純放療
腦腫瘤放射治療在生物學及臨牀上都具有利條件，如腦瘤很少向顱外轉移，頭皮組織對放射線耐受性好，頭部可採用多野、旋轉或鐘擺牙照射，個別腦瘤對放射線特別敏感，各類膠質瘤均可採用放射治療，其放射敏感順序爲：髓母細胞瘤》少突膠質細胞瘤》室管膜瘤》多形性膠質母細胞瘤。
髓母細胞瘤對放射治療最敏感，多數病人放療後病情迅速好轉，並有相當長的緩解期。少突膠質細胞瘤及室管膜癌放射治療多數是好的，星形細胞瘤進行放療程儀半數病例有效。多形性膠質母細胞瘤療效欠佳。垂體腫瘤（特別是非曲直嗜酸性細胞瘤）、松果體瘤對放療均敏感。腦膜瘤與神經鞘瘤對放療不敏感，一般不作放射治療。非囊性腫瘤較囊性腫瘤敏感。
據統計，腦組織在6週期性內劑量達55Gy時，約5%的病人於一年半左右發生放射區壞死，可見局部腦血管栓塞，膠質細胞增生，神經元退化，臨牀上常不易與腫瘤復發區別。鼻咽癌、中耳癌在放射治療後1-2年也可出現放射性腦壞死，常被認爲癌的中樞轉移。放射壞死和膠質增生都是不可逆性病變，應強調預防。方法是：①不超量放射;②避免重複放射治療;③足夠的睡眠休息及充足營養;④服用激素及多種維生素。
2）放療與手術配合
對於手術不能徹底切除的腫瘤，術後加用放療可殺滅細胞或推遲腫瘤復發，延長病人壽命。顱咽管瘤對放療不敏感，但手術後仍可進行放射治療，以延緩腫瘤的復發或抑制腫瘤囊液分泌。
3）放療與化療配合（BAR療法）
BAR療法爲放射增效劑BudR（溴化尿嘧啶），抗代謝劑Anti-metabollite及放射治療Radiation三者外文第一字母的縮寫，是利用腦腫瘤的特殊條件，巧妙設計的一種增高放射敏感性的放射療法。BudR是胸腺嘧啶的類似物，腫瘤細胞在分裂中需要胸腺嘧啶的合成DNA，胸腺嘧啶在腫瘤細胞內能合成。如果使用小劑量抗代謝劑，可抑制胸腺嘧啶的合成，此時若給予胸腺嘧啶的類似物BudR，腫瘤細胞就攝取BudR來合成DNA.這些含BudR的瘤細胞對放射線極爲敏感，可使放射殺傷作用增加2-3倍。具體方法有溴化尿嘧啶每日600-900mg，同時甲氨蝶呤（MTX）每日0.5-3mg由頸動脈或椎動脈持續滴注，用肝素每日100U抗凝（腦內滴注，藥量爲動脈給藥劑量的1/5-1/10）。動脈給藥後7-14天開始60CO放射治療，組織劑量達45-60Gy（4500-6000rad）。採用BAR療法治療膠質瘤效果有提高，生存期延長。其副作用主要爲粒細胞減少，脫髮，指甲脫落及肝功能損害，一般無生命危害。
4）硼中子捕捉療法
量中子穿過組織時不伴有組織反應，但它與某些元素如10B的核起反應，放出高能量的α粒子，其能量較所給熱中子能量大108倍左右。10B化合物可進入血腦屏障不正常的腦腫瘤組織，當達到一定濃度時，對腫瘤進行熱中子流輻射，硼原子捕捉中子後引起原子核分裂，放出高能量α粒子，破壞腫瘤。由於α粒子的射程很短，需要開顱暴露腫瘤，再加以照射。作爲10B化合物爲Na2B4.10H2O2，劑量爲100mg/Kg，用動脈灌注泵作頸內動脈持續灌注，12小時後開顱作熱中子照射。在腦腫瘤部位放置引流條，壞死腫瘤組織由引流條排出體位。
5）放射外科γ刀、X刀採用多發射源立體定位大劑量一次性照射，僅需15-20min，瘤周組織損傷小，併發症少，易被患者接受，對於3cm以下的聽神經瘤等良性腫瘤及轉移瘤、術後殘留腫瘤有不同程度療效，被認爲是神經外科的未來。
6）放射光敏治療BudR合併激光治療
7）放療光敏治療與手術與中醫藥配合相似，主要目的是防止復發，並治療放療後併發症。
