Hóa-xạ trị đồng thời được sử dụng để điều trị các u, còn gọi là u đặc, xuất hiện ở một trong các cơ quan trên cơ thể (nghĩa là phổi hoặc gan). Mục đích của liệu pháp điều trị này là nhằm tiêu diệt các tế bào u đồng thời vẫn bảo vệ được các mô lành của cơ quan bị ảnh hưởng. Liệu pháp này còn được sử dụng để ngăn ngừa bệnh lan rộng sang các bộ phận khác của cơ thể.
Hóa-xạ trị đồng thời cũng được sử dụng để điều trị sự lan rộng của tế bào ung thư mà mắt thường không nhìn thấy được. Những tế bào ung thư lan sang các bộ phận khác của cơ thể được gọi là tế bào “ác tính”. Liệu pháp này thường được sử dụng sau phẫu thuật để cải thiện hiệu quả điều trị.