X ve gamma ışınlan elektromagnetik ışınlar olup, ne kütleleri ve ne de elektriksel yükleri vardır. Oysa elektronlar ve beta ışınları elektriksel yükleri olan partiküllerdir. X ışınları hareket halindeki elektronlarla maddenin karşılıklı etkileşimi sonucu meydana gelirler. Gamma ışınlan ise, radyum, kobalt 60 gibi radyoizotoplann parçalanma ürünleridir. Biyolojik ortam içerisinde bu ışınlar atomlann yörüngelerinden elektronları kopartarak enerji bırakırlar. Kopan bu elektronlar da hedef doku içerisinde enerji depolayarak elektrik yükü olan iyonların oluşumuna yol açarlar (İyonizasyon). Total iyonizasyonun büyük bir bölümü bu elektronlar tarafından oluşturulur.
Absorbe edilen enerji hem primer radyasyonun absorpsıyon biçimine ve hem de oluşan sekonder elektronların doku içerisinde çizdikleri trasenin uzunluğuna bağlıdır. Bir X ışını demeti doku içerisine girdiğinde, önce absorbe edilen enerji miktarı hızla artar. Çünkü sekonder elektron oluşumu da büyük bir hızla artmaktadır. Bu enerji absorpsiyonu yüzeyden belli derinlikteki bir noktada maksimuma ulaşır. Kullanılan X ışının enerjisi arttıkça, bu noktanın yüzeyden derinliği de artar. Daha sonra ise enerji absorpsiyonu hızla azalır .
Elektron demetlerinin kullanılmasında ise doku içerisindeki iyonizasyon çok büyük oranda kullanılan primer eletronlara bağlıdır. Enerji elektronların geçtiği yörünge boyunca üniform olarak depolanır. Bu eletronlar kısa bir trase çizdikten sonra dururlar. Bu nedenle monoenerjitik bir eletron demetinin doku içeresinde neden olduğu enerji absorpsiyonu nisbeten sabittir. Bu demetin ciltten geçip dokuda ulaşabildiği maksimum derinlik noktasında enerji absorpsiyonu da dik bir eğimle sıfıra kadar iner.X ışınları ve elektronların bu farklı absorpsiyon biçimleri, farklı klinik koşullarda kullanılmalarına olanak verir.
Modern radyoterapide daha güvenli bir absorpsiyon patterni elde edebilmek için, tek bir ışın demeti yerine iki ya da daha fazla radyasyon demeti birlikte kullanılır. Ayrıca vücudun biçimine uygunluk göstermek veya absorpsiyon eğrisinin biçimini değiştirmek için çeşitli filtreler kullanılabilir Geçtiğimiz son iki ya da üç dekat boyunca deride yerleşmiş lezyonların tedavisi için, X ve gamma ışınlarının megavoltaj tekniği ile kullanımları giderek yaygınlaşmıştır. Bu denli yüksek radyasyon kullanılmasının başlıca avantajı şu noktalarda toplanabilir:
l.Derinin korunması,
2.Kemikte daha az ışın absorpsiyonu,
3.Sağlam dokularda daha az ışın absorpsiyonu,
4.Daha büyük oranda penetrasyon.
Derinin korunması her hangi bir derinlikte absorbe edilen enerji miktarının büyük oranda elektronlara bağlı olması gerçeğine dayanır. Maksimum enerjisi 250 kVp olan bir X ışını ile sekonder elektronlar o denli kısa bir trase çizerler ki, maksimum enerji absorpsiyonu yüzeyde meydana gelir. Daha yüksek enerjilerle ise elektronlar daha uzun bir trase boyunca hareket ederler. Bu nedenle de maksimum absorpsiyon derin bölgelerde meydana gelir. 25 milyon eletron voltluk bir betatron ile elde edilen X ışınlarında maksimum absorpsiyon derinin 5 cm altındadır. Megavoltaj ışınlaması sırasında kemik dokusunun daha az ışın alması ise, bu iki dokuyu oluşturan atomların atom ağırlıkları arasındaki farklılıktan kaynaklanır. Yine yüksek enerji ile daha az oranda oluşan saçılım (scattering) olayı nedeni ile, bu yöntem ile daha iyi sınırlanmış bir ışın demeti oluşacak, böylece de hedef doku çevresinde yer alan sağlam doku bölümleri daha az ışın alacaklardır.
Konvansiyonel X ışını sistemleri 300 kVp e kadar enerjili ışınlar üretirler. Bu yöntem kilovoltaj tekniği olarak bilinir. Sezyum 137 ile çalışan terapi aleti yaklaşık 800 kVp eşdeğeri enerji üretir. Günümüzde derin tedavi için sık kullanılan 1,17 ve 1,33 MeV gücündeki gamma ışını üretebilen yapay kobalt 60 radyoizotopudur. Yine 18 MeV e kadar enerjisi olan X ışınları ve elektron demetleri üretebilen elektron lineer akselatörleri de geniş olarak kullanılmaktadır. Daha nadir olmakla birlikte bazı merkezlerde lineer akselaratör ve betatronlar 25,35 ve hatta 45 MeV e kadar enerjili ışın demetleri üretilebilmektedir. Enerjisi 1 MeV’in üzerinde olan tüm ışın türlerinin kullanımı megavoltaj tekniği olarak bilinir.
Kısa mesafe radyoterapisi (brakiterapi), kaynağından çıkarak çevreye yayılırken enerjisini hızla tüketen ışınlar kullanılarak yapılır. Bu amaçla radyasyon kaynağı bir boşluk içerisine (intrakaviter) ya da doğrudan doku içerisine konularak uygulanabilir. Bu ikinci yöntem de interstisyel olarak bilinir. Bir ya da birden fazla kaynak, klinik koşulların zorlaması ile belirli bir ışın dağılımı geometrisi elde etmek için kullanılabilir. Bu kaynaklar genellikle kullanıldıktan sonra yerlerinden çıkartılırlar. Biçimleri iğne, ince tüpler ya da küçük çekirdekler biçiminde olabilir. Bu yolla en sık kullanılan radyoaktif maddeler radyum, radon gazı ya da yapay olarak oluşturulan radyum 90 içeren göz aplikatörleri gibi beta kaynakları da küçük ve yüzeysel lezyonların tedavisinde kullanılırlar.
1 mi havada 1 elektrostatik üniteye eşdeğer iyonizasyon oluşturan radyasyon miktarıdır. Değişik dokuların aynı radyasyon demetine maruz kalmaları halinde bile birbirlerinden farklı miktarda enerji absorbe etmeleri nedeni ile absorbe edilen doz kavramı getirilmiştir. Bu birim Rad ile gösterilir. Maddenin her gramı için 100 erg lik enerji absorpsiyonunu ifade eder. İyonizan radyasyonun her türü Rad olarak belirtilebilir. Birkaç MeV enerjisi olan X ve gamma ışınlarının 1 R dozu kadarı ile ışınlanan yumuşak dokular 0,96 Radlık bir absorpsiyon ile karşılaşırlar. Rad/Rontgen oranı X ve gamma ışınlarının enerjisine ve ışınlanan maddenin yapısına göre değişir. Düşük enerjili X ve gamma ışınları ile kemik gibi yüksek atom numaralı yapılar ışınlanırsa bu oran 4:1 gibi yüksek değerlere ulaşabilirler. Son yıllarda 100 Rad a eşit Gray (Gy) adlı yeni bir birim tanımlanmıştır.