Tumorceller fra de fleste former for leukemi er relativt strålefølsomme. Strålebehandling har likevel en begrenset plass i behandlingen av leukemier, hovedsakelig på grunn av sykdommenes generaliserte vekstmåte.
Strålebehandling kan inngå som supplerende behandlingsform ved forskjellige leukemier. Ofte inneholder behandlingsprotokoller for leukemi detaljerte indikasjoner for strålebehandling. Der fremgår gjerne retningslinjer for hvilke pasienter og organer som anbefales strålebehandling, definisjon av målvolum og risikoorganer, fraksjonering, totaldose og annet. Bruk av strålebehandling er gjerne såpass protokollavhenging at man ikke kan gi generelle anbefalinger.
Total hjerne eller hele CNS-aksen (hjerne med medulla spinalis og hele liquor-rommet) er de vanligste områder som kan være aktuelle for strålebehandling ved kurative opplegg. Strålebehandling kan her gis som del av profylakse mot, eller behandling for manifest CNS-affeksjon.
Pasienter med akutt lymfatisk leukemi med affeksjon av testikler, eller med stor mediastinaltumor, kan også være aktuelle for konsoliderende strålebehandling mot disse områder.
Bestråling av hele kroppen med fotoner (helkroppsbestråling/TBI) kan være del av kondisjoneringsregime før allogen eller autolog stamcelletransplantasjon.
Strålebehandling av de fleste regioner kan være aktuelt som palliativ behandling i situasjoner der lokal vekst av leukemi dominerer det kliniske bildet.