In de radiotherapie worden vooral oncologische patiënten behandeld met ioniserende straling, gewoonlijk Röntgenstraling (50 kV to ca. 22 MV) en elektronenstraling (4 MeV tot ca. 20 MeV). Deze straling is afkomstig van Röntgentoestellen, lineaire versnellers of radioaktieve isotopen. Door de aard van het behandelingsmedium is er al van ouds een integratie van de klinische fysica in het medisch specialisme radiotherapie. Van belang daarbij was en is de al of niet schadelijke bijwerking van ioniserende straling op de mens en het gebruik van geavanceerde technologiën.

In Nederland wordt de radiotherapie gerekend tot de topklinische zorg. Zij wordt in een beperkt aantal ziekenhuizen (meestal akademische ziekenhuizen) en in onafhankelijke radiotherapeutische instituten beoefend. In deze instellingen zijn één of meerdere klinisch fysici werkzaam. Afhankelijk van het aantal klinisch fysici kan het individuele takenpakket variëren.

De klinisch fysicus werkt in een multidisciplinair team, waarvan de meest betrokken personen zijn: de radiotherapeuten, de radiotherapeutisch laboranten, de electronici en de dosimetristen. Het werk is hoofdzakelijk patiëntgericht. Daarnaast is een deel van het werk beheersmatig en organisatorisch van karakter. Ontwikkeling van nieuwe technieken, behandelmethodes of researchprojekten behoren ook tot het functiepakket.

Samen met de radiotherapeut bepaalt de klinisch fysicus de keuze van de behandelingstechniek voor een individuele patiënt. Aan de hand van diagnostische gegevens, computergesimuleerde dosisverdelingen en ervaring wordt het optimale bestralingsplan opgesteld. Indien speciale hulpmiddelen nodig zijn, treedt de klinisch fysicus op als intermediair tussen de behandelgroep en de technische groep.

De klinisch fysicus is verantwoordelijk voor het functioneren van de bestralingapparatuur, voor de  stralingsveiligheid van patiënten en personeel en voor de organisatie van de klinische fysica in de instelling. Deelname aan diverse commissies intern èn extern, overleg met andere centra en aktieve participatie in verenigingen, zoals de NVKF en de Nederlandse Vereniging voor Radiotherapie en Oncologie (NVRO), zijn wezenlijke aspekten van de invulling van de functie van klinisch fysicus in de radiotherapie.