如果质子和碳离子通过同步加速器加速到约70%的光速，那么这些离子线在被人体抽出，到达肿瘤病灶之前，放射线能量释放很少，但到达病灶后，放射线瞬间释放出大量的能量，形成“布拉格峰”的能量释放轨迹，整个治疗过程就像对肿瘤的“立体定向爆破”，对肿瘤病灶进行强力照射
国际公认的最 先 进的放射治疗技术是质子重离子治疗技术。它在对实体肿瘤进行放射线“打击”时，可对肿瘤病灶进行强照射，同时避免正常组织照射，实现疗效最 大化。对头颈、脑、前列腺、软组织、肺、肝等部位肿瘤有较好的治疗效果，对手术难癌、常规放疗难治愈癌有显着效果。
质子治疗适应证较广，对脑良恶性肿瘤(脑膜瘤、脑转移瘤、垂体瘤、脑胶质瘤、听神经瘤、颅咽管瘤等)、脊髓肿瘤、脑血管疾病(脑动静脉畸形、海绵状血管瘤等)、头颈部肿瘤(鼻咽癌、口咽癌等)国外临床治疗显示，质子治疗肿瘤的有效率为80%
质子独特的物理优势在射程前端的剂量相对较小，射程末端的剂量达到最 大，形成尖锐的布拉格峰。峰前为低剂量坪区，峰后剂量急剧下降至零。肿瘤前方的正常细胞只受到1/3左右的峰值剂量(因此造成小的损伤)。尖锐的布拉格峰峰在射程末端急剧下降，几乎不损伤肿瘤后部的正常细胞。
