全脑放疗的过程中及其结束后的较短时间内，会出现头疼、头晕、恶心、呕吐、疲乏、嗜睡、末梢血白细胞或血小板下降、脱发、中耳炎表现等急性副作用，这与肿瘤以及放射线造成的急性脑水肿、急性放射性损伤有关。晚期的后遗症一般有记忆力减退、定向力障碍、精细动作障碍、情绪或性格改变，与放疗引起的海马损伤有关。也会有听力障碍，与内耳损伤有关。现在已经注意到对这些重要结构的保护，放疗后遗症已大大减轻。
肺癌放疗的副作用最常见的就是放射性损伤。食管炎，有些黏膜炎，是在放疗期间病人感觉最难受的，在10次以后就出现了，有时候不能进食，吃饭有疼痛，要做一些对症处理，还有远期的放射性的肺炎。
放疗副作用首先会出现消化道的反应，如恶心、呕吐。还会出现皮肤黏膜的损害，例如颈部肿瘤、乳房肿瘤，或者是皮肤淋巴结肿瘤。放疗时还会出现皮肤的损害，这些损害比较容易好发于皮肤的褶皱处，或者是皮肤比较娇嫩的地方，例如颈部、腋窝、腹股沟等处。
全脑放疗后的副作用可能是癫痫，全脑放疗的时候，由于放疗射线会作用于全脑，而且人脑内存在着大量的神经元细胞，因此放疗的射线会对这些细胞造成刺激，从而导致癫痫。
可以出现局部脑组织水肿，引起颅高压症状，比如恶心，呕吐，头痛，严重者出现意识丧失，所以在放疗的同时，一般配合应用脱水降颅压的药物，减轻放疗副作用。放疗是脑部肿脑或者脑转移瘤的重要治疗手段之一。
