自然界中所有物質(zhì)均由分子構(gòu)成，分子又由原子（也稱元素，有109種）構(gòu)成，原子由原子核及核外電子組成。高速運動電子受到靶物質(zhì)的阻擊產(chǎn)生X射線。原子核由質(zhì)子和中子組成，具有相同電子數(shù)而中子不同的一類元素被稱為同位素，其中一些因質(zhì)子與中子不平衡造成不穩(wěn)定的成為放射性同位素，其原子核由受激態(tài)返回穩(wěn)定態(tài)時釋放出γ射線。

放療常用射線主要有光子（包括γ射線和X射線）、電子、質(zhì)子和中子，它們產(chǎn)生于放射性同位素和射線產(chǎn)出裝置。前者使用在內(nèi)、外照射，對應(yīng)于近、遠距離放療；后者大多用于外照射遠距離放療。

在放療所用的放射性同位素中，鐳-226使用歷史悠久，但因其蛻變物為放射性氡氣對環(huán)境污染，現(xiàn)已淘汰。目前最廣泛應(yīng)用的是鈷-60（外照射）和銥-192（內(nèi)照射），用于內(nèi)照射的放射性同位素還有銫-137、碘-125、金-198、鈀-103、镅-241、釤-145、鐿-169等，它們放射出能量不等的γ射線以適應(yīng)臨床需要。此外，鍶-90產(chǎn)生的電子射線較適合于治療表淺病變，锎-252是目前較好用于腔內(nèi)放療的中子放射源。

射線產(chǎn)出裝置包括X射線治療機（按治療病變深度分為表面接觸、淺層、深部X射線治療機，它們產(chǎn)生十幾到幾百KV的低中能X射線）、醫(yī)用電子加速器（按電子加速原理分為感應(yīng)加速器、直線加速器等，其加速的電子除直接用于放療，還可經(jīng)擊靶產(chǎn)生幾MV至幾十MV的高能X射線）和特種醫(yī)用加速器（如回旋加速器能產(chǎn)生快中子，質(zhì)子加速器能產(chǎn)生質(zhì)子射線）。

現(xiàn)在醫(yī)用加速器所產(chǎn)生的各個種類及能量的射線，其物理、生物特性能更好地滿足臨床需要，已取代了X射線治療機。目前放療所用的放射性同位素種類及其使用技術(shù)、臨床應(yīng)用范圍仍不斷在開拓發(fā)展。