放療在直腸癌的治療中也佔據非常重要的地位，不同放療目的採用不同的放療方式，每次放療的時間一般都在10分鐘以內就可以結束，可能第1次放療的時間會花得久一點，但是以後每一次的放療一般10分鐘以內就可以結束。直腸癌放療主要用於新輔助放療、術後輔助放療、轉化性放療、姑息性放療和根治性放療。

新輔助放療是指在術前進行放療達到消滅腫瘤細胞、縮小腫瘤體積、降低腫瘤分期，為提高手術的根治性創造條件。輔助放療是指術後進行放療，預防腫瘤復發，對於復發、轉移或者初始不可手術切除，並具有潛在的接受根治性切除機會的直腸癌患者建議轉化性放療，有可能獲得手術機會。

姑息性放療的適應症為無法手術根治原發灶，腫瘤局部區域復發和或轉移可在一定程度上緩解腫瘤病灶引起的疼痛，控制腫瘤生長提高生活質量。對於某些不能耐受手術或者有強烈保肛意願的患者，可以試行根治性放療。放療在幫助患者獲得手術機會，預防術後復發緩解復發、轉移症狀方面都有較為廣泛的應用。