神经系统可以为放射治疗所损伤。早期可以出现一些急性和亚急性的暂时性症状，而进展性，永久性，往往致残性的神经系统损害可能在常规放射治疗后相隔若干月或若干年才显现。放射总剂量，每次的分量，疗程持续时间，受照射的神经组织的体积大小都影响放射性损伤的发生与否(参见第278节)。病人的个体易感性可有相当大的差别，使安全放射剂量的预测更为复杂化。
急性放射性脑病的临床表现包括头痛，恶心与呕吐，嗜睡以及神经体征的恶化，可在第一次或第二次分量照射时出现，尤其是当存在颅内压增高而肾上腺皮质激素治疗不够充分时。随着后继的分量照射以及充分的肾上腺皮质激素治疗后，脑病会逐渐减轻。
早期的延迟性脑病发生在放射治疗结束后2～4个月内。在儿童中，表现为一种嗜眠综合征，发生在为白血病接受预防性全脑放射治疗之后；在数天至数周期间自发地好转，若应用肾上腺皮质激素治疗可能症状会消退得更快些。在成人中，必须进行CT与MRI检查，以便区别放射性脑病与肿瘤本身的恶化或复发。对颈部或上胸部进行的放射治疗可以引起早期的延迟性放射性脊髓病，其临床特征是Lhermitte征(当病人屈颈时会引发一种电击样感觉，沿背脊向两下肢放射)。这种综合征可自发缓解。医学全在线www.lindalemus.com
晚期的延迟性放射性脑病可在儿童白血病患者进行预防性放射治疗，或成人接受脑瘤的预防性或治疗性放射治疗后，经过数月或数年才出现。不伴有局灶性体征的进行性痴呆是临床表现的特征，虽然成年人往往还伴有步态不稳。CT显示大脑萎缩。在颅外肿瘤的放射治疗后，或对颅内肿瘤大剂量的放射治疗(例如，近距治疗，放射外科)后，症状和体征都更为局限。CT或MRI显示占位性病变，在应用增强剂后可出现增强现象，很难与原发的肿瘤的复发作区别。对病变作切除性活检往往使症状有所改善，并且可以明确不是肿瘤复发。晚期的延迟性放射性脊髓病可在对髓外硬脊膜外肿瘤(如霍奇金病)进行放射治疗后数月至数年才出现。典型的症状是进行性无力伴感觉丧失，往往呈Brown-Séquard型表现(脊髓半横断损害的表现，病变侧肌力减退伴本体感觉障碍，对侧出现痛觉和温度觉障碍)。病程进展的速度不定，但大多数病人都发生完全性截瘫。在乳腺癌和肺癌的放射治疗后可以发生晚期的延迟性放射性神经病变，主要是臂丛神经病变。
罕见地，放射治疗可在治疗结束后多年引起胶质瘤，脑膜瘤或周围神经鞘膜瘤。
