Teknik radioterapi konformal tiga dimensi modern (3DCRT) dan radioterapi dengan modulasi intensitas (IMRT) adalah teknik radioterapi paling canggih yang tersedia. Di rumah sakit di mana teknik 3DCRT telah ditetapkan, teknik ini harus digunakan untuk semua pasien kanker paru dan CT atau CT/PET harus digunakan untuk perencanaan radioterapi. Histogram volume dosis (DVH) untuk paru-paru, kerongkongan, jantung, hati, ginjal, dan sumsum tulang belakang harus digunakan untuk meminimalkan toksisitas pada jaringan normal. Jika memungkinkan, teknik kontrol pernapasan (misalnya 4D CT dan teknik gating pernapasan) harus diintegrasikan ke dalam pengaturan radioterapi. Perencanaan radioterapi harus didasarkan pada gambar CT yang sama dengan posisi radioterapi. Bilamana memungkinkan, pemeriksaan CT diagnostik atau pemosisian simulasi CT harus dilakukan dengan kontras intravena untuk menguraikan area target radiasi dan jaringan normal dengan lebih baik. Ketika menguraikan area target tumor yang besar (GTV), PET/CT lebih disukai daripada CT saja dalam kasus di mana tumor dikaitkan dengan atelektasis paru yang signifikan. Sinar foton dengan energi 4 hingga 10 MV umumnya digunakan. Sinar foton 15 atau 18 MV juga dapat digunakan jika pasien memiliki massa mediastinum yang besar atau jika tumor primer adalah lesi proksimal yang besar dan diameter anteroposterior toraks pasien melebihi 20 cm. IMRT harus dipertimbangkan jika tumor menginvasi badan vertebra, terletak di sulkus suprapulmoner atau melibatkan mediastinum secara bilateral, untuk menghindari penyinaran berlebihan pada jaringan normal. Radioterapi yang hanya memberikan dosis tinggi pada bidang yang terlibat tanpa iradiasi kelenjar getah bening selektif telah terbukti kurang toksik dan lebih mungkin memperpanjang kelangsungan hidup dan mengurangi risiko kekambuhan kelenjar getah bening yang terisolasi. Untuk pasien yang menerima radioterapi radikal atau radiokemoterapi, batas volume dosis yang direkomendasikan harus diikuti untuk menghindari gangguan pengobatan atau pengurangan dosis karena reaksi toksik akut yang dapat dikelola. Untuk rumah sakit di mana teknik canggih ini belum tersedia, teknik radioterapi konvensional dapat digunakan, tetapi harus sangat berhati-hati untuk melindungi paru-paru, jantung dan sumsum tulang belakang untuk menghindari kerusakan radiologis pada mereka. Untuk kemoradioterapi pra-operasi, total 45 hingga 50 Gy pada 1,8 hingga 2 Gy per dosis digunakan untuk mengobati volume penuh dari sebagian besar tumor. Beberapa institusi melaporkan bahwa juga aman untuk memberikan dosis yang lebih besar dari 50 Gy untuk pasien radioterapi pra-operasi, namun hal ini masih bersifat eksperimental. Jika reseksi paru diperlukan, kemoradioterapi pra operasi harus dihindari untuk mencegah toksisitas paru pasca operasi. Sulit untuk melakukan pembedahan dalam bidang radiasi yang telah menerima 60 Gy penyinaran karena batas-batasnya sudah tidak jelas pada dosis tinggi. Untuk alasan ini, ahli bedah sering kali sangat berhati-hati ketika melakukan reseksi di area yang telah menerima radioterapi sebelumnya di atas 45Gy dan terutama di atas 60Gy (misalnya pada pasien yang telah menerima kemoradioterapi sinkron radikal). Oleh karena itu, dosis radioterapi harus dipertimbangkan secara hati-hati untuk pasien yang berpotensi memenuhi syarat untuk operasi. Jika pasien tidak memenuhi syarat untuk operasi, ia harus menerima radioterapi tanpa gangguan hingga dosis penuh. Radioterapi pascaoperasi harus mencakup tunggul trakea dan daerah mediastinum. Jika margin negatif, dosis total 50 Gy harus dibagi menjadi 1,8-2 Gy per sesi. Untuk pasien dengan invasi kelenjar getah bening ekstra-peritoneal atau margin mikroskopis positif, dosis total harus 54-60 Gy (1,8-2 Gy per sesi). Dosis total bisa setinggi 70 Gy untuk mereka yang memiliki tumor residu sarkoid. karena tingginya tingkat kekambuhan lokal, kemoradioterapi ajuvan harus diberikan jika pasien dapat mentolerirnya. Untuk radioterapi tersinkronisasi radikal, dosis radioterapi total hingga 74Gy harus diterapkan, dibagi menjadi 2Gy untuk mengobati volume penuh tumor massal. Perencanaan radioterapi konformal tiga dimensi harus digunakan bersamaan dengan penilaian histogram volume dosis fungsi paru-paru untuk menentukan risiko pneumonia radiasi. Iradiasi kelenjar getah bening selektif tidak wajib dilakukan. Penelitian telah menunjukkan bahwa radioterapi seluruh tubuh stereotaktik (SBRT) dan ablasi frekuensi radio (RFA) dapat menjadi pilihan pengobatan untuk pasien negatif kelenjar getah bening yang menolak operasi atau yang tidak dapat mentolerir operasi karena status fisik yang buruk, risiko kardiovaskular yang signifikan, fungsi paru-paru yang buruk dan/atau komorbiditas. Satu studi menggunakan radiosurgery stereotaktik pada 245 pasien (T1 hingga 2) dengan tingkat kontrol lokal 85% pada 2 dan 5 tahun. Uji coba Kelompok Onkologi Terapi Radiasi (RTOG) 0236 saat ini sedang mengevaluasi efektivitas SBRT. Pasien yang paling cocok untuk SBRT adalah mereka yang menderita kanker paru perifer dengan tumor <5cm dan kelenjar getah bening negatif. Pasien yang paling cocok untuk RFA adalah mereka yang memiliki lesi perifer terisolasi <3cm, dan RFA dapat digunakan pada jaringan yang sebelumnya disinari serta untuk pengobatan paliatif. Sebuah studi baru-baru ini menemukan bahwa 33 pasien dengan NSCLC yang menjalani RFA memiliki tingkat kelangsungan hidup keseluruhan 70% (95% CI, 51%-83%) dan 48% (30%-65%) masing-masing pada 1 dan 2 tahun. 75% (45%-92%) pasien dengan NSCLC stadium I (n=13) memiliki tingkat kelangsungan hidup keseluruhan pada 2 tahun. Radioterapi dengan atau tanpa kemoterapi harus ditawarkan sebagai kemungkinan penyembuhan bagi pasien dengan NSCLC stadium I dan II yang secara medis tidak dapat menjalani pembedahan, tetapi dalam kondisi fisik yang baik dan memiliki harapan hidup yang panjang.