Mittels der Brachytherapie wird eine umschlossene radioaktive Strahlenquelle innerhalb oder in unmittelbarer Nähe des zu bestrahlenden Gebietes im Körper zur Krebstherapie, beispielsweise dem Prostatakarzinom, platziert. Oft wird dabei die Afterloading-Brachytherapie mit der Teletherapie, einer Bestrahlung von extern und aus größerer Entfernung als bei der Brachytherapie, kombiniert. Sie wird nicht zu den nuklearmedizinischen Verfahren gezählt, obwohl sie ebenso wie diese die von Radionukliden abgegebene Strahlung ausnutzt. Nach dem anfänglichen Interesse an der Brachytherapie Anfang des 20. Jahrhunderts ging ihre Anwendung in der Mitte des 20. Jahrhunderts wegen der Strahlenbelastung für die Ärzte bei der manuellen Handhabung der Strahlenquellen zurück. Erst die Entwicklung von ferngesteuerten Nachladesystemen (Afterloading) und die Verwendung neuer Strahlenquellen in den 1950er und 1960er Jahren verringerten das Risiko unnötiger Strahlenbelastung für Arzt und Patient. Beim Afterloadingverfahren wird vor der eigentlichen Therapie ein leerer, röhrenförmiger Applikator in das Zielvolumen (beispielsweise die Gebärmutter) geschoben und nach Lagekontrolle mit einem radioaktiven Präparat beschickt. Das Präparat befindet sich dabei an der Spitze eines Stahldrahtes, der computergesteuert schrittweise vor- und zurückgezogen wird. Nach der vorausberechneten Zeit wird die Quelle wieder in einen Tresor zurückgezogen und der Applikator entfernt. Angewendet wird das Verfahren unter anderem beim Mammakarzinom, beim Bronchialkarzinom oder Mundbodenkarzinom. Verwendet werden Betastrahler wie beispielsweise 90Sr oder 106Ru oder 192Ir. Als Vorsichtsmaßnahme wird Patienten, die eine permanente Brachytherapie erhalten, geraten, unmittelbar nach der Behandlung keine kleinen Kinder zu halten und sich nicht in der Nähe von schwangeren Frauen aufzuhalten, da im Fall einer permanenten Brachytherapie nach der Behandlung schwach dosierte radioaktive Strahlenquellen (Seeds) im Körper verbleiben. Die besonders strahlenempfindlichen Gewebe eines Fötus oder Säuglings sollen dadurch geschützt werden.