质子束是带电粒子束之一。 可以通过将质子（氢核）加速到高能来产生辐射。 当质子束照射到人体时，其物理特性是在一定深度处突然释放能量并消失（称为“布拉格峰”）。 在一般放射疗法中使用的X射线中找不到这种物理特性。 在质子治疗中，通过调节该布拉格峰的深度和宽度以匹配靶癌细胞的形状，有可能在抑制对附近的重要器官和正常细胞的影响的同时向靶癌细胞给予足够的剂量。
对于诸如头颈癌，肺癌，肝癌，食道癌，胰腺癌和前列腺癌的疾病，已经报告了许多治疗结果。