Radioterapija in sistemska terapija sta skupaj s kirurgijo osnovna načina zdravljenja v onkologiji. Največkrat ju uporabljamo zaporedno, lahko pa ju kombiniramo in s sočasnim zdravljenjem dosežemo boljši učinek na tumor, kot bi ga dosegli, če bi zdravili zaporedno. Pri kombiniranem zdravljenju so toksični učinki lahko izrazitejši, kar je najpogostejša ovira za sočasno zdravljenje. Sistemsko terapijo delimo na kemoterapijo, imunoterapijo in tarčno terapijo. Najstarejša in najbolj raziskana je kombinacija radioterapije in kemoterapije. Kemoterapevtik, ki izboljša citotoksični učinek radioterapije, imenujemo radiosenzibilizator. Radiosenzibilizacija tumorskih celic omogoča boljšo lokalno kontrolo tumorja in posledično boljši izid zdravljenja. Radiokemoterapijo v klinični praksi pogosto uporabljamo za zdravljenje lokalno napredovalih solidnih tumorjev. Radioterapijo kombiniramo tudi z imunoterapijo, saj obsevanje okrepi imunski odgovor organizma. Pri kombiniranju tarčne terapije in radioterapije je potrebna previdnost, saj lahko prepleteni mehanizmi obeh zdravljenj zelo povečajo skupno toksičnost zdravljenja. V trenutnih raziskavah največji izziv in obet za prihodnost predstavlja kombinacija radioterapije in imunoterapije.