Sie ist die häufigste Form der Strahlen­therapie. In der Regel kommen Linearbe­schleuniger zum Einsatz, deren Photonenstrahlung (=ultraharte Röntgenstrahlung) über Felder einer definierten Größe und Form von außen in das Körperinnere zum „Zielort“ gelangen (Details s. unten). Bei modernen Bestrahlungsgeräten ist ein reibungsloses Zusammenspiel von Hard­ware, Software und komplexer elektroni­scher Steuerung erforderlich. Deshalb sind tägliche Überprüfungen und Messungen durch einen Medizin-Physik-Experten vor Inbetriebnahme vorgeschrieben. Zusätz­lich erfolgt vor jeder einzelnen Bestrahlung durch die Software des Beschleunigers ein interner „Sicherheitscheck“: So gibt das Gerät die Bestrahlung nur dann frei, wenn sämtliche Einzelheiten (z.B. Größe des Feldes, Winkel, Bestrahlungsdosis) genau mit den geplanten und im Computer gespeicherten Daten übereinstimmen. Bereits bei kleinsten Abweichungen „verweigert“ das Gerät die Bestrahlung. Somit ist es mit den modernen Geräten nahezu unmöglich, „versehentlich falsch“ zu bestrahlen. Jede einzelne Bestrahlung wird dokumentiert, so dass sich auch Jahre später alle Details genau nachvollziehen lassen.

Für Technik-Freaks:

Elektronen sind winzige, von einem Glühdraht ausgesandte negativ geladene Teilchen. Sie werden in einem Hochvakuum-Rohr nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und am Ende des Rohres mit Hilfe starker Magnete in die gewünschte Richtung umgelenkt. Diese Elektronen können direkt zur Bestrahlung oberflächlicher Tumoren (z.B. der Haut) eingesetzt werden. Häufiger wird jedoch eine Photonenstrahlung benötigt; sie kann erzeugt werden, indem man die Elektronen auf ein wassergekühltes Metall (Wolframtarget) aufprallen lässt. Hier werden sie abrupt gebremst, dabei entstehen durch Energieumwandlungsprozesse Photonen (auch als ultraharte Röntgen- strahlen bezeichnet). Photonen können aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften - im Vergleich zu Elektronen- tiefer in den Körper eindringen. Je energiereicher die Photonenstrahlung ist, umso größer ist auch ihre Eindringtiefe. In der klinischen Routine kommen Strahlungsenergien mit Beschleunigungsspannungen von 4-23 Megavolt (MV) zum Einsatz. Je nach Lage der Zielregion wird die notwendige Energie bei der Bestrahlungsplanung berechnet und am Beschleuniger eingestellt.

Für die Begrenzung des Bestrahlungsfeldes und zur Ausblockung gesunden Gewebes werden Blenden (Kollimatoren) verwendet, die im Beschleunigerkopf sitzen. Beim sog. Multi-Leaf Kollimator (MLC) handelt es sich um parallel angeordnete 2.5 bis 10 mm breite Wolframlamellen, mit denen das Bestrahlungsfeld asymmetrisch und individuell an das Zielgebiet angeformt wird. Jede dieser Lamellen wird durch einen kleinen Motor computergesteuert für jede Bestrahlung in die richtige Position gebracht.