1998年在上海伽玛医院正式成立肿瘤放疗中心，成为国内最早引进动态调强适形放疗技术的放疗中心。目前，肿瘤放疗中心已经发展壮大成为一支具有高学位、高素质和年富力强的专业团队，拥有六名专业放疗医师，七名物理及技术人员，集临床放疗、化疗和靶向治疗各专业于一体，技术力量雄厚，主要医生都在美国著名肿瘤放疗科接受过培训，还承担着华山医院兄弟科室和外省市肿瘤放疗中心研究生和进修医生的轮转进修任务。2001年，放疗中心在国内率先应用18F-FDG 和11C-胆碱 PET / CT 显像与CT 和MRI 多模态影像融合勾画肿瘤靶区和正常组织解剖结构，开创了功能影像学和常规解剖影像学相结合的精确计划和精确放疗的新时代。2014年将加速器机头的多叶光栅更新到具有160片80对叶片的Agility系统，该系统能同时整合功能磁共振如MRS、PWI 和Bold 等进行磁共振后处理，并应用于临床放疗设计，使我院肿瘤放疗水平特别是神经系统肿瘤放疗跃居国内领先水平。集华山医院伽玛医院放疗中心和静安分院放疗科于一体的华山医院放疗中心已经成为全国最大的神经系统肿瘤放疗中心。迄今为止，应用调强适形技术治疗患者七千多例，其中神经系统肿瘤占95%。包括胶质瘤、生殖细胞瘤、髓母细胞瘤、脑转移瘤、脑膜瘤、脊索瘤、垂体瘤和脊髓肿瘤等。此外，放疗中心也开展其它部位恶性肿瘤包括鼻咽癌、喉癌、肺癌、食管癌、恶性淋巴瘤、胰腺癌、乳腺癌、直肠癌和软组织肉瘤的放疗和化疗等综合治疗，取得了较好的疗效。现在放疗中心年门诊病人量约8000余人次。单机日平均放疗病人100余人。收治的病人来自国内外各地，不少其它国家诸如美国、加拿大、日本、印度尼西亚和马来西亚等国的病人也慕名前来我科放疗。

立体定向放射外科包括伽玛刀和射波刀治疗。伽玛刀放射技术治疗神经鞘瘤的效果明显优于神经纤维瘤，并适宜治疗小型神经鞘瘤、脑膜瘤、AVM、多发颅内转移癌、以及术后残留的肿瘤等；伽玛刀治疗最大优点是安全，病人痛苦少，神经受损率低。射波刀放射治疗技术可以实施分次放射外科治疗，它无需安装金属头架，扩大了治疗的解剖范围，对适合分次治疗的肿瘤，提供了技术保证。射波刀分次治疗听神经瘤，可以提高听力的保护，同时减轻脑干、小脑水肿的发生率。在脑膜瘤的治疗中，分次照射提高肿瘤照射剂量，同时提高颅神经对射线的耐受性，减轻视神经、三叉神经、动眼神经、后组颅神经的损伤。在脑动静脉畸形（AVM）的治疗中，分次照射，减轻脑水肿的发生。射波刀治疗的解剖范围不受限制，对颅底深部肿瘤（脊索瘤、脑膜瘤）、颈静脉孔区肿瘤以及颅颈交接肿瘤，可做到完整治疗。射波刀分次治疗大型或巨大型海绵窦血管瘤已获得良好效果；治疗垂体瘤术后海绵窦残留或复发病例，也有良好效果。自1993年在国内率先引进伽玛刀、2007年率先引进射波刀以来，至2014年伽玛刀治疗例数为27000余例,射波刀治疗总数为4500余例，其中伽玛刀治疗数为单机治疗数世界第一。