核素治疗的原理是利用核素发射出的β射线在病变组织产生一系列的电离辐射的生物效应，射线作用于组织细胞将其能量部分或全部移交给组织，通过辐射能的直接和间接作用使机体有病的组织，例如癌肿的结构和性质遭受损害导致细胞繁殖能力丧失，代谢紊乱失调，细胞衰老或死亡从而达到治疗的目的。正常细胞和病变的细胞群体对核素射线的敏感性不同，一般细胞分裂活性越大对射线越敏感，浓聚放射性核素的能力也越强，因而射线破坏或掏病变组织的同时对正常组织可不发生或仅发生轻微的影响。放疗依赖于各种放射源，包括放射性核素发射的射线和加速器加速的粒子，从体外定位，对肿瘤进行照射达到治疗的目的。显而易见的是，射线要穿过一些正常的组织，会对它们造成一些伤害。

两者的另一区别在于放射性核素治疗主要是核素注入人体后，可自动进入病变区域照射，如体内有多个病变区，也只要一次注射，体内所有病变部位可同时照射而获得治疗；放疗则主要在体外局部照射某一病变区，即照光一次只能治疗一个病变区，若体内有多个病变区则不能同时治疗，要分多次或不能进行。