Die Bestrahlung erfolgt meistens von außen - "externe Bestrahlung". Für eine punktgenaue Bestrahlung werden starke Strahlen benötigt, die tief eindringen und auch Knochen durchdringen können. "Normale" Röntgenstrahlen, die zur Bildgebung genutzt werden, kann man nicht verwenden. Als Gerät wird deshalb ein Linearbeschleuniger eingesetzt.
Bei der Bestrahlung wird der Patient auf der sog. Couch gelagert, und diese wird dann so positioniert, dass der mittels Computerplanung ermittelte geometrische Mittelpunkt des Zielgebietes mit dem Isozentrum übereinstimmt. Das Gerät „blickt“ also immer auf den Mittelpunkt des Zielgebietes. So wird das Zielgebiet immer mit der entsprechenden Dosis exakt bestrahlt.
Die Dosiseinheit in der Strahlentherapie heißt Gray (Gy abgekürzt). Sie ist nach dem Physiker Lois Gray benannt. Die Dosis, die zur Zerstörung eines Tumors nötig ist, richtet sich nach der Strahlenempfindlichkeit der Tumorart und kann zwischen 20 und 70 Gy liegen.
Die Dosis wird vom Radioonkologen (Strahlentherapeuten) bei Beginn der Strahlentherapie festgelegt. In der Regel werden 1,8 bis 2 Gy pro Tag Einzeldosis "verabreicht". Das heißt bei 40 Gy Gesamtdosis mit 2 Gy Tagesdosis sind 20 Bestrahlungen nötig. Die Tagesdosis kann aber auch bei speziellen Therapiekonzepten 1,2 Gy oder 3 Gy betragen.
Die Bestrahlung wird von speziell ausgebildeten Physikern und Ingenieuren mittels Planungsprogrammen ermittelt. Durch den technologischen Fortschritt können auch sehr komplizierte Bestrahlungstechniken schnell und sicher berechnet und angewendet werden.