传统的放疗的射线是“光子”，当它进入人体时在皮肤附近就释放出最 高的能量，当射线进入人体后，射线逐渐开始衰减，当到达肿瘤时已经不是杀伤能量最强的阶段了，因此有可能达不到充分的治疗效果。同时光子射线在穿透肿瘤后仍然继续不受控制的释放能量，导致周围组织的损伤。这些也是导致一般放疗并发症的重要原因。
而作为高能粒子的质子和重离子射线，可以通过对肿瘤所在位置深度的精 准调节，使得射线在皮肤附近和到达肿瘤之前抑制能量的释放，在到达肿瘤时再释放足够的能量，并在经过肿瘤后停止释放能量，形成一个名为布拉格峰的能量释放轨迹。类似于在肿瘤区域进行了“精 确制导打击”，而将周围组织的损伤降到了最 低限度。
其中重离子（碳离子）放疗具有更高能量的粒子射线，能有效杀灭乏氧的或放疗抵抗的肿瘤细胞，并且对各个细胞周期的肿瘤细胞都具有杀伤作用。目前质子重离子放疗治疗的常见肿瘤包括了中枢神经系统、颅底肿瘤、头颈部肿瘤、胸部肿瘤、腹部盆腔肿瘤等多个部位的肿瘤。同时对手术放疗化疗失效的肿瘤患者、敏感区域肿瘤患者、早期肿瘤患者也都有一定的疗效。
它的优势主要在于：对肿瘤高 效定向照射，对正常组织的影响和副作用小；可以在维持原有日常生活的同时，接受门诊治疗；对于在放射线敏感脏器附近产生的肿瘤，也可以进行定向照射；对于小儿和年轻人，引发二次原发性癌症的可能性较低；可以适用于年迈或因并发症无法手术的患者；可以保留脏器的形态和功能，治疗后的生活不会受太大的影响。
治疗周期根据肿瘤种类和大小不同，质子治疗基本一个疗程5~8周，每周5次，一 天一次（周一至周五）。1次治疗通常30分钟左右（肺、肝、食道、胰脏等需1个小时左右），其中实际照射时间不过2分钟，其余时间主要用在固定身体和精 确定位的工作上。重离子一般一个疗程1~5周，大部分4周左右。
