Die Strahlentherapie kommt insbesondere beim Rektumkarzinom zur Anwendung, meistens in Kombination mit der Chemotherapie. Dabei wird sie entweder bereits vor – neoadjuvant – oder nach der Operation eingesetzt. Es zeigte sich in Studien allerdings ein Vorteil der Strahlentherapie vor der Operation als nach der Operation.
Durch einen genauen Bestrahlungsplan wird erreicht, dass andere, nicht vom Tumor betroffene Organe wie z. B. der Dünndarm vor der Strahlenbelastung geschützt werden.