Uspešnost zdravljenja z radioterapijo (RT) je odvisna od številnih dejavnikov, med katerimi je tudi oksigenacija tumorskih celic. Tumorske celice, ki so dobro preskrbljene s kisikom, so namreč na obsevanje tudi do 3-krat bolj občutljive kot hipoksične tumorske celice. Poleg tega deluje hipoksija v tumorjih kot selekcijski pritisk, zaradi katerega preživijo le bolj maligne celice, z manjšim apoptotskim potencialom. V prisotnosti hipoksije se povečata genomska nestabilnost in metastatski potencial tumorskih celic, zveča pa se tudi odpornost celic na kemoterapijo, kar vse vpliva na uspešnost zdravljenja z RT. Hipoksija je posledica neskladja med celičnim dihanjem, koncentracijo kisika v krvi in perfuzijo tumorja, pri čemer so najpogostejši patogenetski mehanizmi neustrezna ožiljenost, motena difuzija kisika ter anemija, ki je lahko posledica rakave bolezni ali zdravljenja. Z uporabo invazivnih in novejših neinvazivnih diagnostičnih metod lahko ocenimo delež hipoksičnih celic v tumorju in temu prilagodimo terapevtski pristop. Boljši učinek obsevanja slabše oksigeniranih tumorjev lahko dosežemo z uporabo radiosenzibilizatorjev, z izboljšanjem tumorske oksigenacije, s selektivnim uničenjem hipoksičnih celic s citotoksini ter z obsevanjem hipoksičnih predelov z višjimi obsevalnimi odmerki ob pomoči radioprotektorjev in z uporabo sodobnih obsevalnih tehnik.