Am häufigsten werden Bestrahlungen mit einer Strahlenquelle außerhalb des Patienten durchgeführt, die sogenannte perkutane Radiotherapie. Der Strahl, üblicherweise Photonen mit einer Energie von 4 bis 15 Mega-Elektronenvolt, wird im Linearbeschleuniger erzeugt und tritt aus dem Kopf des Bestrahlungsarms aus. Dabei kann von jedem beliebigen Winkel auf den liegenden Patienten bestrahlt werden.
Bei der 3-D-Berechnung (auf Basis eines Planungs-Computertomogramms der zu bestrahlenden Körperregion) werden die Bestrahlungswinkel der Bestrahlungsfelder festgelegt. Die ca. 10 cm dicken Blei-Begrenzungen der Austrittsöffnung bestehen aus schmalen Lamellen, die einzeln bewegt werden können. Damit kann jeweils eine individuelle Form der Öffnung erzeugt werden.
Die statische 3-D-Technik kann z.B. über Gegenfelder durchgeführt werden, wie bei der tangentialen Bestrahlung der weiblichen Brust. Der Vorteil ist, dass außerhalb des Strahlverlaufs keine Dosisbelastungen entstehen (von der sogenannten Streustrahlung abgesehen). Es können aber auch Bestrahlungsfelder aus drei und vier verschiedenen Richtungen auf ein Zielvolumen gerichtet werden.
Wenn höhere Bestrahlungsdosen erreicht werden müssen und das Zielvolumen mitten im Körper liegt bzw. von empfindlichen Strukturen umgeben ist, ist heute der Standard ein dynamisches Bestrahlungsverfahren mit einem modernen Linearbeschleuniger.
Bei der perkutanen Radiotherapie sollte das Zielvolumen im Patienten idealerweise fixiert sein, so dass es genau getroffen werden kann. Seit einigen Jahren gibt es Techniken, damit nicht-vermeidbare Bewegungen des Körpers - wie die Atmung - registriert werden, genannt atmungsgesteuerte Radiotherapie.