质子束是带电粒子束之一，可通过将质子（氢核）加速至高能产生辐射，当质子束照射到人体时，依据其物理特性可在一定深度处突然释放能量并消失（称为“布拉格峰”）。 在一般放射治疗法中使用的X射线中找不到这种物理特性，而在质子治疗中，可通过调节布拉格峰的深度和宽度使其匹配癌细胞的形状，抑制其对附近重要器官组织及正常细胞的影响，同时向癌细胞注入足够的剂量，从而达到治疗癌症的效果。
对于诸如头颈癌，肺癌，肝癌，食道癌，胰腺癌和前列腺癌等疾病，已有多例治疗报告。