放疗可以通过破坏癌细胞的 DNA，使其无法修复，从而终止它的生长。肿瘤细胞对于放射线通常比正常细胞敏感，因为肿瘤细胞在其恶变的过程中，已经积累了很多的变异，因此它们更难逃过射线的伤害。
不幸的是，肾癌细胞对放疗也有天生的抵抗性，因此对局限性肾癌基本不考虑辅助放疗。
目前放疗主要用于如下情况：
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术后放疗
对有局部区域侵犯（包括肾被膜、肾周脂肪、肾盂、肾静脉、下腔静脉、区域淋巴结等）或者术中有肿瘤破裂的病人可予术后肿瘤床的放疗，术中应放银夹作为放疗定位标记。术后放疗有助降低局部复发率和远处转移率。
姑息性放疗
对晚期病人转移灶和原发灶的姑息性放疗效果有限。但是对脑转移灶，放疗的效果优于手术，且放疗可以兼顾多发脑转移，配合地塞米松和脱水剂可以明显缩小肿瘤及水肿带，缓解颅内高压症状和其他神经症状。
放疗用于肾癌脑转移时既可以使用全颅放疗，也可以使用局部针对性的放疗（伽马刀）。
一般来说，脑转移灶的治疗需先于全身性的治疗，全脑放疗的副作用是可能导致思维减缓。
治疗转移性骨痛
采用低剂量局部照射治疗骨转移灶引起的骨痛，疗效较为显著。同位素内放射治疗对全身骨骼症状控制效果明显，可使 80% 左右的患者骨痛症状缓解。
肿瘤急症的处理
针对局部的放疗可以有效缓解转移灶造成的脊髓压迫、梗阻性肺炎以及上腔静脉压迫综合症。在这些情况下，放疗的作用并不在于完全杀灭肿瘤细胞，而是在一定程度上缩小肿瘤，从而缓解转移灶引起的相关症状。