Pour de nombreuses tumeurs localement avancées, la chimio-radiothérapie est devenue le traitement de référence. L'administration concomitante des deux modalités semble également, dans plusieurs situations cliniques, donner les meilleurs résultats. Les mécanismes d'interaction entre cytotoxiques et radiations ionisantes sont nombreux, dépendants essentiellement du mécanisme d'action du médicament. Des modifications des lésions radio-induites ou de leur réparation, un spectre d'action différent en fonction des phases du cycle cellulaire ou des phénomènes de synchronisation ont été décrits. Au niveau tissulaire, outre la capacité de réoxygénation tumorale observée dans les modèles animaux, une inhibition de la prolifération peut être obtenue par divers agents et en particulier les thérapeutiques ciblées. L'analyse de ces interactions au laboratoire permet de mieux sélectionner les médicaments dont l'association avec l'irradiation sera potentiellement intéressante et d'affiner les schémas d'association.