Đầu tiên, các electron sinh ra do bức xạ nhiệt từ súng electron. Những electron này được điều biến thành các xung rồi phun vào trong buồng gia tốc. Buồng gia tốc là cấu trúc dẫn sóng mà trong đó năng lượng dùng để gia tốc các electron được lấy từ bộ phát sóng cao tần (có tần số khoảng 3000 MHz, bước sóng khoảng 100mm), có hai loại là: buồng gia tốc sử dụng sóng chạy và buồng gia tốc sử dụng sóng dừng. Bức xạ vi sóng được cấp vào dưới dạng các xung ngắn (khoảng vài µs) và được phát ra dưới dạng các xung điện áp cao (khoảng 50KV) từ bộ điều chế xung tới máy phát vi sóng. Cấu trúc này thường sử dụng “van” Magnetron (dùng cho máy gia tốc phát ra mức năng lượng trung bình). Ở một số máy gia tốc tuyến tính phát năng lượng cao, người ta hay sử dụng “van” Klystron. Van này tuy đắt tiền hơn nhưng có thời gian sử dụng lâu hơn.
Các electron phát ra từ súng electron và nguồn vi sóng được điều biến thành các xung, để sao cho các electron này có vận tốc cao được phun vào ống dẫn sóng gia tốc cùng một thời điểm với xung vào của nguồn phát xung để tạo ra sự cộng hưởng. Hệ thống ống dẫn sóng gia tốc và súng electron được hút chân không dưới áp suất thấp, để electron chuyển động tự do, tránh va chạm với các phân tử khí suốt dọc chiều dài chuyển động (chính giai đoạn này các electron tạo thành các xung). Năng lượng mà các electron có được từ nguồn cung cấp sóng cao tần trong ống dẫn sóng tùy thuộc vào biên độ của điện trường, có nghĩa là phụ thuộc vào công suất không đổi của nguồn sóng cao tần (trong kỹ thuật, người ta dựa vào yếu tố này và các yếu tố khác, để điều chỉnh suất ra cho máy).
Chùm electron được tăng tốc có xu hướng phân kì một phần do lực tương tác Culông, nhưng chủ yếu là do lực điện trường trong cấu trúc ống dẫn sóng có thành phần xuyên tâm. Tuy nhiên sự phân kì này được khắc phục bằng cách sử dụng một từ trường hội tụ đồng trục. Từ trường này do các cuộn dây nam châm quấn quanh ống gia tốc cung cấp, đương nhiên phải đồng trục với ống dẫn sóng gia tốc. Ngoài ra còn có các cuộn lái chùm tia phụ (Steering), được sử dụng để dẫn chùm electron sao cho khi xuất hiện từ ống gia tốc, chúng sẽ chuyển động theo đúng hướng và vị
trí yêu cầu. Khi máy ở chế độ phát photon thì chùm electron (đã được gia tốc tới năng lượng đủ lớn) sẽ được hướng vào một bia làm bằng vật liệu có số nguyên tử lớn. Tại đây các electron bị hãm lại và phát ra photon dưới dạng hiệu ứng phát bức xạ hãm. Chùm bức xạ này được định dạng ngay trong đầu máy điều trị rồi sau đó được sử dụng điều trị bệnh cho bệnh nhân. Để tạo hình dạng cho chùm bức xạ trong điều trị người ta sử dụng các ống chuẩn trực; nó được cấu tạo bởi 2 cặp Jaw: X1, X2 và Y1, Y2. Cặp X1, X2 chuyển động theo trục Ox, còn cặp Y1, Y2 chuyển động theo trục Oy.
Như ta đã biết chùm tia do máy gia tốc phát ra là không thấy được, do đó để đo đạc nó thì trước tiên ta phải “ xác định hình dạng chùm tia”. Việc định dạng này nhằm xác định kích thước, hình dạng, tính chất,…của chùm tia.