放射治療的療效取決於放射敏感性；不同組織器官以及各種腫瘤組織在受到照射後，出現變化的反應程度各不相同，放射敏感性與腫瘤細胞的增殖週期和病理分級有關。
即增殖活躍的細胞比不增殖的細胞敏感，細胞分化程度越高，放射敏感性越低反之愈高。此外腫瘤細胞的氧含量直接影響放射敏感性，例如早期腫瘤體積小、血運好、乏氧細胞少時療效好。晚期腫瘤體積大，瘤內血運差，甚至中心有壞死，則放射敏感性低，生長在局部的鱗癌，較在臀部和四肢的腫瘤血運好，敏感性高。
腫瘤局部合併感染血運差，放射敏感性下降。因此保持照射部位清潔，預防感染，壞死是提高放療敏感性的重要條件，臨牀上根據對不同劑量的反應將放射線對腫瘤的敏感性分爲：
一、放射高度敏感腫瘤，指照射20～40Gy腫瘤消失，如淋巴類腫瘤、精原細胞瘤、腎母細胞瘤等；
二、放射中度敏感腫瘤，需照射60～65Gy腫瘤消失，如大多數鱗癌、腦瘤、乳腺癌等；
三、放射低度敏感腫瘤，指照射70Gy以上腫瘤才消失，如大多數腺腫瘤的放射敏感性與細胞的分化程度有關，分化程度越高，放射敏感性越低；
四、放射不敏感的腫瘤，如纖維肉瘤、骨肉瘤、黑色素瘤等。但一些低分化腫瘤，如骨的網狀細胞肉瘤、尤文肉瘤、纖維肉瘤腹膜後和膕窩脂肪肉瘤等，仍可考慮放射治療。
