Im Gegensatz zur üblichen Bestrahlung, bei der die Strahlung von aussen in Patienten eindringt, kann Gewebe durch geeignete Techniken auch von innen direkt bestrahlt werden. Die Technik wird Brachytherapie genannt, weil die Strahlen aus kurzer Distanz zum Ziel kommen (griechisch «brachy» = kurz). 
Eine Brachytherapie wird mit radioaktiven Quellen durchgeführt. Sie braucht je nach Erkrankung unterschiedliche Methoden zur richtigen Platzierung verschiedener Applikatoren (Zylinder, Moulagen, Sonden, Röhrchen), in denen die radioaktive Quelle den Krankheitsherd erreicht. Bei der am meisten gebrauchten Form der Brachytherapie, der sogenannten HDR-Brachytherapie, verlässt die Quelle den Körper unmittelbar nach der Behandlung wieder, so dass keine Radioaktivität im Körper zurückbleibt.