הסוג העיקרי של טיפול קרינה הניתן לחולים עם SCLC הינו טיפול קרינתי חיצוני (External beam radiation therapy או EBRT)- ממקד קרינה מחוץ לגוף. הטיפול דומה לצילום רנטגן, רק שמינון הקרינה גבוה יותר. ההליך עצמו נטול כאבים, וכל טיפול נמשך דקות ספורות בלבד. לרוב, טיפולי קרינה לריאות ניתנים במשך 5 ימים בשבוע, בין 3-7 שבועות. הקרנה לשיכוך כאבים והקרנה מונעת לאזור הראש ניתנות לפרקי זמן קצרים יותר, בדרך כלל פחות משלושה שבועות. קיימות טכניקות חדשות יותר אשר מסייעות לרופאים לטפל בסרטן ריאה בצורה מדויקת יותר, תוך הפחתת חשיפה לקרינה של רקמות בריאות הסמוכות לגידול. טכניקות אלו כוללות:

טיפולי קרינה תלת ממדית קונפורמלית (Three-dimensional conformal radiation therapy או 3D-CRT) בטיפולי קרינה אלה נעשה שימוש במחשבים מיוחדים על מנת למפות במדוייק את מיקום הגידול/ים.
הקרניים מעוצבות ואז ממוקדות בגידול/ים ממספר כיוונים, מה שעשוי להפחית את הנזק שייגרם לרקמות הבריאות.

טיפולי קרינה בעוצמה משתנה (Intensity modulated radiation therapy או IMRT) – אלה טיפולי קרינה מתקדמים בתלת מימד. יחד עם עיצוב הקרניים ומיקודן בגידול ממספר זוויות, ניתן גם לשלוט בעוצמת הקרניים, וזאת על מנת להגביל את המינון שיגיע לרקמות הבריאות. טכניקה זו משמשת בסיטואציות בהן הגידולים נמצאים בקרבת מבנים חשובים, כמו חוט השדרה.
וריאציה נוספת של IMRT נקראת volumetric modulated arc therapy (VMAT), בטיפול זה מכונת ההקרנה מסתובבת סביב המטופל פעם אחת תוך שהיא מקרינה במהירות את הגידול, מה שמאפשר לטיפול ממוצע לארוך כמה דקות בלבד.

טיפולי הקרנת גוף פולשניים במידה מזערית (Stereotactic body radiation therapy או SBRT) ידועים גם כ- stereotactic ablative radiotherapy (SABR), בטיפולים האלה ישתמשו לעיתים בשלבים מוקדמים מאד של סרטן הריאה, כאשר ניתוח הוא לא אפשרי בשל בעיות בריאותיות של המטופל, או אצל אנשים שאינם מעוניינים בהליך ניתוחי. שימוש בטיפולים אלה, נחשב כאופציה גם עבור גידולים שהתפשטו באופן מוגבל לחלקים אחרים בגוף, כמו המוח או בלוטת יותרת הכליה. במקום לתת מנת קרינה קטנה כל יום במשך מספר שבועות, טיפול ב-SBRT עושה שימוש בקרניים ממוקדות מאוד במינון גבוה של קרינה, וניתן בדרך כלל במספר טיפולים, בין 1-5 טיפולים. מספר קרניים מכֻוָּנות אל הגידול מזוויות שונות, על מנת למקד את הקרינה במדויק, החולה שוכב בתוך מסגרת גוף מיוחדת, שמפחיתה את תנועתו של הגידול הריאתי במהלך פעולת הנשימה.

ניתוח קרינתי פולשני במידה מזערית (Stereotactic radiosurgery או SRS) זה לא בדיוק ניתוח, אלא סוג של טיפול קרינה הניתן במהלך פגישה אחת בלבד. לעיתים יכול טיפול זה לשמש במקום או בנוסף לניתוח להסרת גידולים בודדים שהתפשטו למוח. בשיטה אחת של טיפול זה, פועלת מכוֹנה אשר ממקדת 200 אלומות קרינה בגידול מזוויות שונות, במשך מספר דקות או שעות. ראש המטופל מקובע על ידי הצבתו במסגרת נוקשה.
בשיטה אחרת, מאיץ ליניארי (מכונה המחוללת קרינה) הנשלט על ידי מחשב נע סביב ראש המטופל ופולט קרינה לעבר הגידול מזוויות רבות ושונות. ניתן לחזור על טיפולים אלה, במידת הצורך. רוב טיפולי הקרינה החיצונית הם נטולי כאבים. מחקרים מראים תוצאות מבטיחות מאוד לטיפול בגידולים, ונראה שהסיכון לסיבוכים הוא יחסית נמוך. בנוסף, החוקרים בודקים את השפעת טיפולי הקרינה הפולשניים במידה מזערית על גידולים שהתפשטו לחלקים אחרים של הגוף, כגון העצמות או הכבד.