新放射源的开发和应用：高LET射线的治疗技术是目前放疗物理和技术开发的重点，中子俘获治癌(NCT)技术的进步是其中的一个例子。这是一种对肿瘤放疗的双模式治疗方法，它同时可以把药物和热中子以致死剂量送到肿瘤组织中，由于NCT对肿瘤细胞具有很高的选择性，中子具有高穿透能力，可有效地杀死癌细胞和保护正常细胞，因而这种方法最近得到了很大的发展。离子射线疗法，是离子射线靠磁场控制，根据病灶需要调节放射深度与强度，只杀死癌细胞而毫不损伤周围的健康组织和细胞，对于那些肿瘤长在紧贴或靠近脑干及脊髓等要要器官的病人，能提高治疗的成功率。质子的质量大大高于电子，不容易与周围的粒子发生作用，可以把所有的能量集中在照射的目标上，在肿瘤治疗过程中可以更精确地杀灭肿瘤。产生质子束进行放疗的回旋加速器，占地面积大，价格昂贵，尚难普及推广。
放疗辅助设备与新技术：CT模拟定位系统 是将专用于放射治疗定位的螺旋CT、激光定位系统和三维立体治疗计划系统三者通过网络连接起来，使之成为集影像诊断、图像传送、肿瘤定位和制定治疗计划为一体的肿瘤定位和治疗计划系统。在放疗常规定位和立体定位中可准确勾画出肿瘤的范围和肿瘤与周围正常组织之间的关系。这是提高放疗精度、减少放射损伤的必要前提。病人首先在螺旋CT下接受扫描，确定肿瘤大小、形状，并定位治疗靶区，然后科技人员通过三维治疗计划系统确定肿瘤在三维空间的位置，优化肿瘤靶区的剂量分布，保证了合理地制定和调整放疗方案。
⑴适形照射 是通过用CT、MRI诊断定位，应用三维立体计划和特制模块、多叶光栏等特殊技术，使高剂量辐射在空间分布上与肿瘤的大小和形状的外轮廓相适应，让肿瘤接受致死性剂量照射，同时最大限度地减少周围正常组织的照射剂量。这一新技术的临床应用，对手术不能切除、采用常规放疗效果不佳的中晚期局部癌瘤(如胰腺癌、胆管癌、肝癌、肾癌、膀胱癌、宫颈癌以及腹膜后软组织肉瘤等)，不仅可提高疗效，减少放射损伤，还可大大缩短放疗时间。因此，这一新技术是今后放疗发展的主流。
⑵立体定向适形放射治疗系统 是新近发展的放射治疗新技术。其基本构造由三大部分所组成：①立体定向系统；②三维治疗计划系统；③直线加速器及准直器系统。若照射野的形状与病变的投影形状一致，且每个照射野内诸点的输出剂量率能按要求的方式进行调整(束流调节)，这样的三维适形放疗(3DCRT)被称为三维调强放疗(IMRI)，是目前世界上正在开发的最高技术档次的外照射技术。现在临床上的颅脑X刀、γ刀、头体部光子刀都是利用当今世界最先进的放疗技术之一—立体定向适形放疗技术而产生的。之所以把他们称为“刀”，是因为这种高精度的定向放射治疗技术，可在放射剂量上形成一个围绕病灶的高分布区，而在病灶周围正常组织的剂量急剧下降，由此形成锐性边缘，从而使早期小肿瘤不用开刀而获得外科手术同样的效果，有人形象地称之为γ刀和X刀等。
⑶γ刀(伽马刀)：放射源为60Co，201个放射性钴源放置在一个半球形的厚壳内，所产生的γ射线聚焦后能量极高。治疗中病灶中有高剂量的放射线，而周围正常组织中放射线则很少。而这把刀确定颅内病灶靶点在三维空间的坐标位置，是通过立体定向仪来完成的。由于这些脑深部的病灶紧贴在脑部重要的神经、血管及脑干等位置，用γ刀必须使病灶所受的放射剂量在生理安全范围之内，所以影像学定位、放射量计划、高精度操作是治疗成功的保障。γ刀治疗的另一特点是不能立竿见影。放射线所照射的病变辐射效应一般需数月至数年才能显示，故治疗后必须定期复查。伽玛刀治疗的适应证有颅内良性肿瘤，如听神经瘤、脑膜瘤、颅咽管瘤和垂体瘤等，占40％，脑内恶性肿瘤及脑转移瘤占10％；另外，常规手术切除不彻底或复发性肿瘤，以及身体情况不宜开颅手术的病人更是γ刀治疗的良好指征。但γ刀不是万能的，选择病例非常严格。大多数颅内占位病变仍离不开手术治疗。
⑷头体部X刀(也叫光子刀)：是继头部伽玛刀之后迅速发展起来的立体放射治疗技术。采用高精度立体定位、三维治疗计划与在直线加速器上进行非共面多轨迹旋转照射等技术相结合，使肿瘤病灶受到致死性高剂量照射，而周围正常组织受量很少，从而能获得根治肿瘤的效果。因此，体部X刀所具有的适形调强功能好像给手术刀安上了“眼睛”，专切癌瘤。光子刀主要治疗肝、肺、胰腺、盆腔、纵隔等实体恶性肿瘤，对局部病灶的控制全部有效。光子刀对不宜手术、术后复发及组织器官深处局限性转移等肿瘤病人，不失为一种有效的治疗方法。对需要手术治疗的病人，术前光子刀治疗可使肿瘤缩小，减少术后复发和转移的机会。另外，还发现光子刀治疗还具有止痛效果，伴有剧痛胰腺癌病人在三四次放疗后就止住了疼痛。光子刀治疗具有不开刀、不出血、疗程短、疗效肯定等优点。但它也不是万能的，远处转移同样控制不了。另外，光子刀治疗胃肠道原发肿瘤时不良反应大，所以这类病人不宜接受光子刀治疗。“刀”是放疗中的新式武器，它将“消灭敌人，保存自己”的战略战术成功地用到了疾病治疗中。
其他方面的进步：临床上常用60Co治疗机、直线加速器分别产生的γ射线和X射线与电子线，虽然利用现代高新技术能在一定程度上提高放射治疗效果，但从最大程度地杀死肿瘤细胞又最大可能保护正常组织的这一原则来看，还不尽如人意。提高疗效，减少不良反应的方法有：
⑴放射增敏剂及放射保护剂： 前者应具有在不增加正常组织毒性反应及放射敏感性的情况下，选择性作用于肿瘤细胞，明显提高其放射敏感性的作用。后者应具有在不增加肿瘤对射线抗拒性的前提下，选择性作用于正常组织，明显增加其放射耐受性的作用。增敏剂，包括多种抗癌药物如顺铂、羟基脲等。加温治疗既能破坏肿瘤细胞，又有放射增敏作用。
⑵分次治疗的改进： 每周5次照射的标准分次放射治疗方法，现已发展到超分割的放射疗法。分割疗法减少每次照射剂量，增加照射次数，从而提高了疗效。近年来，用超分割放射疗法每日进行多次照射，根据放射次数、单次剂量、总量和疗程的不同组成各种治疗方案，进一步提高了疗效。超分割疗法又可分为超分割分次疗法、快速超分割疗法、快速分次疗法，局部追加放疗及辅助超分割放射治疗。
近年来，随着头部γ刀、CT模拟定位系统、三维治疗计划系统、头体部立体定向固定装置和适形放射、多叶光栏等设备和技术的出现，使放射治疗在肿瘤治疗中的地位和作用发生了根本性转变。20世纪末放射治疗的主要进展是CT模拟定位、三维治疗计划和适形放射治疗技术(包括头部γ刀，头体部X刀)既提高了放疗精度和疗效，也降低了正常组织的放射损伤。未来放射治疗的发展方向是进一步综合利用放射治疗的先进设备和技术，在肿瘤治疗上实现高精度、高剂量、高疗效和低损伤(三高一低)的现代放疗。随着新的肿瘤诊断定位、无创体位固定、三维治疗计划系统和放疗设备等的不断涌现，以及放疗技术的不断提高，在肿瘤的治疗上将发挥更大的作用。