Efek samping pengobatan radiasi termasuk kelelahan, mual, rambut rontok, jumlah darah rendah dan iritasi kulit. Perawatan itu sendiri tidak menimbulkan rasa sakit, tetapi kerusakan yang terjadi pada sel-sel sehat di sekitarnya dapat menyebabkan efek samping yang tidak menyenangkan. Tidak semua pasien mengalami efek yang sama, dan tingkat keparahannya juga bervariasi dari pasien ke pasien. Efek samping dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok, yang dikenal sebagai efek samping radiasi akut dan efek samping radiasi akhir.
Efek samping radiasi akut muncul selama tahap perawatan dan dapat berlangsung dari beberapa minggu hingga beberapa bulan setelah perawatan selesai. Mual adalah salah satu efek samping pengobatan radiasi yang tidak mempengaruhi semua pasien, tetapi ketika muncul, biasanya terjadi sekitar dua jam setelah perawatan. Kelelahan cukup umum di antara pasien, dan itu juga mempengaruhi beberapa orang lebih dari yang lain. Hitung darah rendah, terutama sel darah putih, dapat terjadi jika kelenjar getah bening rusak atau jika sumsum tulang terkena radiasi.
Efek samping pengobatan radiasi juga dapat mempengaruhi kulit, mengakibatkan kulit merah, lembab dan menangis serta kulit kering dan bersisik. Reaksi kulit umumnya terjadi di area yang dirawat saja dan lebih buruk di area di mana kulit terlipat secara alami. Mucositis, yang merupakan peradangan pada selaput lendir di saluran pencernaan, dapat terjadi jika radiasi mengenai salah satu selaput lendir di mulut, kerongkongan, usus atau rektum. Kerontokan rambut adalah efek samping lain yang hanya terjadi di area di mana perawatan radiasi diberikan.
Efek samping radiasi yang terlambat termasuk jaringan parut dan fibrosis, yang dapat mengurangi elastisitas pada jaringan yang terkena. Dalam kasus yang jarang terjadi, leukemia dan kanker lainnya dapat berkembang di area yang terpapar radiasi. Jika kelenjar keringat menjadi rusak, itu bisa mengakibatkan berkurangnya jumlah keringat. Kelenjar air mata yang rusak dapat menyebabkan mata kering, dan kelenjar ludah yang rusak dapat menyebabkan mulut kering. Infertilitas juga bisa terjadi jika kelenjar seks rusak akibat radiasi.
Tingkat keparahan efek samping pengobatan radiasi bervariasi dari orang ke orang. Mereka yang secara umum sehat biasanya tidak mengalami efek samping yang sama seperti mereka yang kesehatannya buruk. Obat-obatan tertentu, lokasi dan jenis kanker serta jumlah radiasi yang diberikan semuanya memainkan peran penting dalam keparahan efek samping pengobatan radiasi.