伽玛刀是立体定向放射外科的主要治疗手段，是根据立体几何定向原理，将颅内的正常组织或病变组织选择性地确定为靶点，使用钴-60产生的伽玛射线进行一次性大剂量地聚焦照射，使之产生局灶性的坏死或功能改变而达到治疗疾病的目的。
质子刀之原理为利用带正电荷的质子在电场中持续加速，达到一定速度和能量之后，射入标的物之内，利用布拉格尖峰现象，对特定标的物内在某一深度位置释放大量能量，以达到对物体特定深度区域进行破坏之目的。
质子刀以气的形式出现，伽玛刀则以高能光子的形式出现。
伽玛刀适应病症：
伽马刀治疗可以治疗很多肿瘤，早期局限性肿瘤，中晚期肿瘤综合治疗的一部分，临床肿瘤治疗伽马刀起到了十分重要的作用。
1、颅内肿瘤：垂体瘤、听神经瘤、脑膜瘤、胶质瘤、脑转移瘤、神经鞘瘤、颅咽管瘤、生殖细胞瘤、畸胎瘤、脊索瘤等；
2、头颈部：鼻咽癌、喉癌、舌癌、颈部淋巴结转移等；
3、脑血管疾病：动静脉畸形、海绵状血管瘤：
4、功能性疾病：癫痫、帕金森氏病、三叉神经痛、顽固性疼痛、精神病等；
5、胸部原发癌及转移癌：肺癌、纵膈肿瘤等；
6、腹部原发肿瘤及转移癌：肝癌、胰腺癌、胆管癌、肾及肾上腺癌等；
7、盆腔原发肿瘤及转移癌：宫颈癌、卵巢癌、直肠癌（造瘘术后)、前列腺癌、膀胱癌、腹膜后原发性及转移癌等；
8、骨转移恶性疼痛；
9、良性疾病、肝血管瘤、老年前列腺增生；
质子刀适应病症：
1、脑和脊髓肿瘤：脑良恶性肿瘤包括脊膜瘤、脑转移瘤、垂体瘤、脑胶质瘤、听神经瘤、颅咽管瘤等；颅底：脊索瘤和软骨瘤。脑血管疾病：脑动静脉畸形、海绵状血管瘤等；其他功能性疾病：癫痫、三叉神经痛、帕金森等
2、眼部病变：脉络膜黑色素瘤、视网膜黄斑变性、眼眶肿瘤。
3、胸部肿瘤：原发性肺癌、转移性肺癌、纵隔肿瘤。
4、腹部肿瘤：原发或转移性肝癌、肝血管瘤、胰腺癌、胆囊癌、原发或转移性肾上腺癌，原发或转移性肾脏肿瘤、其他腹膜后原发或转移瘤。
5、盆腔肿瘤：前列腺癌、宫颈癌、直肠癌、其他盆腔复发或转移瘤。
综上所述，虽然伽玛刀和质子刀在不同的肿瘤领域皆有拓展，但质子刀比伽玛刀质量大，峰值出现晚，治疗效果更好，副作用更小。
