La radioterapia es el uso de las formas de los rayos de energía, como rayos X y rayos gamma, para eliminar células cancerosas. Mientras que la radioterapia afecta tanto a las células normales y el cáncer, porque las células cancerosas no se reparan, así como las células normales, debe morir o disminuyen después del tratamiento.

La radioterapia suele reservarse para los casos de alto riesgo o avanzados de melanoma en que la cirugía no es posible o puede ser complicado. Rara vez se utiliza para tratar el melanoma primario, excepto en los casos en que los pacientes no son buenos candidatos para la cirugía o rechazar el tratamiento quirúrgico.

El principal papel de la radioterapia es para aliviar los síntomas de un melanoma que se ha propagado a áreas tales como el cerebro o los huesos. A pesar de que no puede curar el melanoma avanzado, que con frecuencia puede reducir los tumores que causan malestar. En el caso de las metástasis cerebrales, es el tratamiento primario, con el objetivo de ser para aliviar los síntomas como parálisis parcial, dolores de cabeza y convulsiones.

Aunque todavía se considera un «tratamiento no probado,» la radiación pueden estar dirigidos a los ganglios linfáticos regionales de cuenca para prevenir la recurrencia del tumor después de la cirugía.