방사선종양학은 방사선을 이용하여 환자를 치료하는 임상의학의 한 방법으로, 수술, 항암 화학 요법과 더불어 3대 암 치료 중 하나이다. 방사선 치료에 사용되는 방사선은 파장이 매우 짧고 높은 에너지를 갖고 있으며, 인체에 조사될 경우 핵산에 변성을 초래하여 종양 세포를 죽이게 되며, 인접한 정상 세포도 영향을 받을 수 있지만, 종양 세포의 회복이 불충분한 것과는 달리 정상 세포에서는 대부분의 손상이 빠르게 회복되어 영향을 최소화할 수 있다. 주로 암이라고 불리는 악성 종양을 치료하지만, 양성 종양이나 일부 양성 질환도 치료하며, 환자를 치료하는 임상 방사선종양학 분야 이외에 방사선 물리학이나 방사선 생물학 분야도 담당한다.

방사선종양학과에서 시행하는 치료 방법은 크게 외부 방사선 치료와 근접 치료로 나눌 수 있다. 외부 방사선 치료는 몸 외부에서 각종 장비를 이용하여 방사선을 조사하는 치료 방법으로, 방사선 발생 장치로는 선형가속기가 가장 많이 사용되며, 치료하는 방법에 따라서, 2차원 방사선 치료, 3차원 입체조형 방사선 치료, 정위적 방사선 치료, 세기 조절 방사선 치료, 영상 유도 방사선 치료 등으로 나눌 수 있다. 근접 치료는 방사선 발생 장치나 동위원소를 몸 안이나 표면에 위치시켜서 방사선을 한정된 부위에 조사하는 방법으로, 삽입되는 공간이나 방법에 따라서 강내 치료, 관내 치료, 조직 내 치료, 접촉 치료 등으로 구분할 수 있다. 

대부분의 경우 방사선치료는 입원이 필요하지 않고, 짧은 시간 내에 다른 처치나 고통이 없이 치료하는 장점이 있다. 아직까지도 방사선치료에 대한 인식이 잘못되어 방사선치료는 말기암환자들이 받는 치료라고 생각하시는 분들도 계시지만, 다양한 질환의 치료에서 근치적인 목적이나 보조적인 역할을 수행하고 있고, 진행이 많이 되어 근치적인 치료가 어려운 경우에도 생존 기간 및 삶의 질을 개선하는 목적의 고식적인 치료도 수행하고 있다.

서울대학교병원 방사선종양학과는 암치료율을 높이는 것은 물론 환자의 삶의 질을 향상시키고 높은 수준의 의료 제공을 위하여 방사선종양학과 전문의, 의학물리학자, 방사선치료기사, 간호사팀이 서로 협력하고 끊임없이 노력하고 있으며 이와 관련된 기초 분야 연구 및 임상연구를 시행하고 있다. 아울러 미래의 한국 의학계를 책임질 암전문 학자 및 의사를 양성하기 위하여 학생, 전공의, 임상강사, 의학물리학자, 방사선사 등에 대한 교육 훈련 업무도 담당하고 있다.