放射治疗的理想效果是给予肿瘤细胞根治剂量，不损伤正常组织。然而，传统放疗技术中使用的x线或γ线在治疗肿瘤的同时，必然损伤正常组织，肿瘤不能得到根治性治疗。质子以其优良的物理特性使肿瘤放疗效果几乎达到放疗的理想目标。
传统放射治疗中放射线随机体组织的深度、能量逐渐衰减，质子作为具有正核的粒子，以极高的速度进入人体，在体内与正常组织或细胞作用的机会极低，到达癌细胞的特定部位后，速度急剧下降停止，释放最 大能量。
目前放疗技术在肿瘤治疗中取得了明显的疗效，但由于x线或γ线以指数形式衰减，其射程无法控制，所以在对浅层组织和肿瘤后正常组织损伤较大的质子治疗时肿瘤尖 端组织只受到极少量照射，肿瘤后面和侧面的正常组织受到零照射，不损伤正常组织。对于重要组织器官包裹的肿瘤，如果其他治疗方法无能为力，质子治疗显示脊索瘤、软骨肉瘤等巨大优势。
肺癌的首 选治疗手段是手术治疗，但由于多种原因，相当一部分患者不能手术治疗，选择放疗。放疗技术已从常规放疗、立体定向适形放疗发展为调强放疗，局部控制率、存活率提高。但是，由于光子线固有的物理特性，难以进一步提高局部治疗量。
质子治疗因为其优良的剂量分布，可以进行比光子剂量高的放疗剂量和比光子剂量高的分次照射治疗，这可以提高局部肿瘤的照射量，减轻肺损伤的发病率和损伤程度。质子治疗非小细胞肺癌的适应证为不能手术的ⅰ、ⅱ期肺癌、ⅲ期肺癌。
