通常，用于癌症治疗的传统X射线治疗将辐射沉积在肿瘤周围的健康组织以及肿瘤本身中。当传统的辐射进入和离开人体时，它会留下一个辐射损伤的轨迹，就像子弹留下的那样。
另一方面，质子不像传统辐射那样穿过身体。相反，他们停止在计算的距离的组织中。因此，来自质子治疗的大部分辐射能量都沉积在癌症中，而不是在周围组织中。这意味着癌症周围的重要器官受到保护，从而避免了质子治疗的副作用。对于癌症治疗而言，这是一种有效的选择，其副作用风险较低。面临多种类型癌症的患者，质子治疗为传统放疗提供了有效的替代方案。
质子束疗法是一种外部束辐射疗法，其使用质子治疗不是像光子X射线来治疗某些类型的癌症和其他疾病。质子治疗束的物理特性使放射肿瘤医师能够更有效地减少对附近健康组织的辐射剂量。
在外部光束放射疗法期间，辐射束通过皮肤被引导到癌症和紧邻的周围区域以破坏主要肿瘤和任何附近的癌细胞。该研究涉及391名在洛马琳达大学医学中心和波士顿马萨诸塞州总医院接受质子治疗的早期前列腺癌患者（没有从前列腺扩散的癌症）。患者随机接受“标准剂量”或“高剂量”辐射，质子束用于向前列腺提供高剂量放疗。
试验表明，凡是可以接受传统放射治疗的肿瘤通常适用于质子治疗。质子射线在到达肿瘤病处前，能量释放得极少，而到达病处的瞬间会释放大量能量。这种被称为“布拉格峰”的能量释放，实现了对肿瘤的“立体定向爆破”，在杀灭肿瘤细胞之时，也可以有效的保护人体正常组织，大大降低了放疗的毒副作用，而杀灭肿瘤细胞的能力比常规的光子射线高出3倍。对于有重要组织器官包绕的肿瘤，其它治疗方法束手无策，而质子治疗则显示出了其巨大的优越性。
综上所述，质子治疗是一种可塑性极高的治疗方式，它既可以单独使用治疗早中期癌症患者，同时可与化疗、手术甚至是最新的免疫治疗联合使用，作为后续辅助疗法。
对于早期患者而言，质子治疗除了可以提高治疗效果之外，还能大大降低传统放射治疗的并发症，以保证病人在肿瘤治愈后，能够保持良好的生存质量。对于中晚期患者和以前接受过放射治疗的未控肿瘤和复发肿瘤，质子放疗使病人有机会在肿瘤区给以较安全的加量照射，以提高控制肿瘤的机会，并且最大程度地减少发生严重并发症的可能性。
