放射治疗是治疗肺癌的有效局部治疗手段，对于改善患者临床症状、提高生活质量、延长生存期具有积极意义，在国际上已被广泛研究和应用。放疗对不宜手术或不愿接受外科处理的NSCLC患者较合适，但生存情况不及外科手术。肺癌的放疗剂量应根据肿瘤的大小、分期而定。手术前、后辅助放疗对Ⅰ-Ⅱ期NSCLC患者的生存率无明显益处，因此不宜常规采用。对Ⅲ期N₂患者术后放疗仍需临床继续试验观察。对于手术中肿瘤组织未能全部切除或支气管断端残留癌细胞的患者，放置金属标记行术后放疗，可提高患者生存率。姑息性放疗适合于晚期肺癌骨转移所致的疼痛、脑转移、脊髓压迫所致的截瘫等，可达到缓解症状、改善生存质量、延长生命等效果。由于局部晚期NSCLC患者经放疗后常出现肿瘤远处转移导致治疗失败，因此放疗、化疗序贯结合有互补的优点。研究显示，对于肺癌患者同步放、化疗较序贯放、化疗能取得更高的缓解率和更长的生存期，但前者不良反应发生率较高，包括放射性食管炎和放射性肺炎。