Stranski učinki zdravljenja s sevanjem vključujejo utrujenost, slabost, izpadanje las, nizko krvno sliko in draženje kože. Samo zdravljenje je neboleče, vendar lahko poškodbe okoliških zdravih celic povzročijo neprijetne stranske učinke. Vsi bolniki nimajo enakih učinkov, njihova resnost pa se od bolnika do bolnika razlikuje. Neželene učinke lahko združimo v dve skupini, znani kot akutni stranski učinki sevanja in pozni stranski učinki sevanja.
Akutni stranski učinki sevanja se pojavijo v fazi zdravljenja in lahko trajajo od nekaj tednov do nekaj mesecev po koncu zdravljenja. Slabost je eden od stranskih učinkov zdravljenja z obsevanjem, ki ne prizadene vseh bolnikov, ko pa se pojavi, se običajno pojavi približno dve uri po zdravljenju. Utrujenost je pri bolnikih precej pogosta in tudi nekatere ljudi prizadene bolj kot druge. Nizka krvna slika, zlasti belih krvnih celic, se lahko pojavi, če so bezgavke poškodovane ali če je kostni mozeg izpostavljen sevanju.
Neželeni učinki zdravljenja s sevanjem lahko vplivajo tudi na kožo, kar povzroči rdečo, vlažno in jokajočo kožo ter suho in luskasto kožo. Kožne reakcije se običajno pojavijo samo na tretiranem območju in so slabše na predelih, kjer se koža naravno zguba. Mukozitis, ki je vnetje sluznice v prebavnem traktu, se lahko pojavi, če sevanje pride v stik s katero koli sluznico v ustih, požiralniku, črevesju ali danki. Izpadanje las je še en stranski učinek, ki se pojavi le na območju, kjer je bilo zdravljenje z obsevanjem.
Pozni stranski učinki sevanja vključujejo brazgotinjenje in fibrozo, ki lahko zmanjšata elastičnost prizadetih tkiv. V redkih primerih se lahko na območjih, izpostavljenih sevanju, razvijejo levkemija in drugi raki. Če se žleze znojnice poškodujejo, lahko pride do zmanjšane količine potenja. Poškodovane solzne žleze lahko povzročijo suhe oči, poškodovane žleze slinavke pa lahko povzročijo suha usta. Neplodnost se lahko pojavi tudi, če so spolne žleze poškodovane zaradi sevanja.
Resnost stranskih učinkov obsevanja se razlikuje od osebe do osebe. Tisti, ki so na splošno dobrega zdravja, običajno ne občutijo stranskih učinkov v enaki meri kot tisti s slabim zdravjem. Nekatera zdravila, lokacija in vrsta raka ter količina sevanja, ki se daje, imajo pomembno vlogo pri resnosti stranskih učinkov obsevanja.