现代的三维适形放疗技术（3DCRT）和调强放疗技术（IMRT）是目前最先进的放疗技术。在已经建立了3DCRT技术的医院，应该把它们用于所有的肺癌患者，并用CT或CT/PET来进行放疗计划的设计。应采用肺、食管、心脏、肝、肾和脊髓的剂量体积直方图（DVH），以便将对正常组织的毒性最小化。如果可行，应将呼吸控制技术（如四维CT和呼吸门控技术）整合于放疗设置中。放疗计划应基于与放疗体位相同的CT图像。只要可能，诊断性CT检查或CT模拟定位时应该用静脉造影剂，以更好地勾画放射靶区和正常组织。勾画大体肿瘤靶区（GTV）时，在肿瘤伴有明显肺不张的情况下，PET/CT优于单用CT。
　　一般使用4～10MV能量的光子射线。如果患者有大的纵隔肿块，或原发肿瘤为较大的近端病灶，且患者胸腔的前后径超过20cm，则15或18MV的光子射线也可使用。如果肿瘤侵犯椎体、位于肺上沟或累及双侧纵隔，则应考虑使用IMRT，以避免过度照射正常组织。仅给予累及野高剂量而不予选择性淋巴结照射的放疗方式，已被证明毒性更低，且更能延长生存期并降低孤立淋巴结复发的风险。对于接受根治性放疗或放化疗的患者，应遵循推荐的剂量体积限制，以避免因可处理的急性毒性反应而中断治疗或减少治疗剂量。
　　对还没有上述先进技术的医院，可采用常规的放疗技术，但是必须非常注意对肺、心脏和脊髓的保护，以避免对它们的放射性损伤。术前化放疗时，总量45～50Gy，每次1.8～2Gy，用于治疗大体肿瘤的全部体积。部分机构报告对于术前放疗患者给予大于50Gy的剂量也是安全的，然而这仍是试验性的。如需进行肺切除，则应避免进行术前化放疗以防术后肺毒性。在已经接受60Gy照射的放射野中进行手术有困难，因为在高剂量照射下，已经边界不清。因此，外科医生在既往接受过45Gy以上，尤其是60Gy以上放疗（如接受根治性同步化放疗的患者）的区域行切除手术时，经常是非常谨慎的。因此，对于有可能手术的患者，放疗的剂量应慎重考虑。
　　如果患者不符合手术要求，应该接受不间断的放疗直至全量。术后放疗应包括气管残端和纵隔区域。如果切缘阴性，50Gy的总剂量应该被分割为每次1.8～2Gy。对于有淋巴结包膜外侵犯或镜下切缘阳性的患者，总剂量应该为54～60Gy（每次1.8～2Gy）。对于有肉眼残留肿瘤者，总剂量可以高至70Gy。由于局部复发率较高，如果患者可以耐受，则应进行辅助同步化放疗。根治性同步化放疗时，应用最高至74Gy的总放疗剂量，分割为2Gy治疗大体肿瘤的全部体积。三维适形放疗计划必须与肺功能的剂量体积直方图评估一起来确定放射性肺炎的风险。选择性淋巴结照射并非强制。
　　研究表明，立体定向全身放疗（SBRT）和射频消融（RFA）可以作为拒绝手术或因为体力状态差、明显心血管危险、肺功能差和/或合并症而不能耐受手术的淋巴结阴性患者的治疗选择。有研究将立体定向放射外科用于245例患者（T1～2），2年和5年的局部控制率达85％。放射治疗肿瘤组（RTOG）0236试验目前正在评估SBRT的效果。最适合进行SBRT的患者为周围型肺癌，肿瘤<5cm且淋巴结阴性。最适合进行RFA的患者为外周孤立病灶小于3cm，RFA可用于既往照射过的组织以及用于姑息治疗。一项近期的研究发现，接受RFA的33例NSCLC患者1年和2年时的总生存率分别达到70％（95％ CI，51％～83％）和48％（30％～65％）。I期NSCLC患者（n=13）的2年总生存率为75％（45％～92％）。对于医学原因不能行手术治疗但体力状态良好、预期寿命较长的I期和II期NSCLC患者，放疗加或不加化疗应作为一种有可能治愈的手段提供给患者。