Les cellules souches cancéreuses sont l’objet d’un intérêt croissant. En particulier, plusieurs données suggèrent leur implication dans les mécanismes de radiorésistance tumorale, pouvant ainsi expliquer les échappements thérapeutiques après radiothérapie. De par son pronostic péjoratif et son taux élevé de rechutes après irradiation, le glioblastome constitue un modèle très souvent étudié dans la recherche de nouveaux radiosensiblisants. Il existe plusieurs données précliniques suggérant que les cellules souches cancéreuses pourraient constituer une cible thérapeutique potentielle dans la perspective d’améliorer l’efficacité biologique de l’irradiation. À travers l’exemple du glioblastome, nous effectuons une revue des principales voies de signalisation intervenant dans les mécanismes de radiorésistance des cellules souches cancéreuses et pour lesquelles un ciblage pharmacologique laisse entrevoir des perspectives de radiosensibilisation.