Bei einer Radionuklidtherapie werden dem Patienten radioaktive Substanzen injiziert, die sich speziell im Bereich des Tumors anreichern. In der Regel verwendet man β-Strahler. Auf Grund der Reichweite von β-Strahlung im Gewebe kann so lokal ein therapeutische Dosis zur Schädigung des Tumorgewebes erreicht werden.

Beispielsweise sammelt sich bei einer Radioiodtherapie, die der Behandlung von Schilddrüsentumoren dient, das radioaktive Iod bevorzugt in der Schilddrüse an. Durch den Zerfall wird Strahlung freigesetzt, die in diesem Fall vor allem in der Schilddrüse wirkt.