质子线是放射治疗的一种都是利用放射线产生的能量来从毁癌细胞。不过传统的光子射束用于治疗肿瘤时，从体表开始释放高剂量的放射线，到达目标区时剂量已递减，而为了使肿瘤能够获得足够的放射剂量已达到消灭癌细胞的目的，整个照射路径所在的正常组织就必须连带承受更多的放射线破坏。而质子线是使用氢离子形成的粒子流，通过同步加速器使加速到接近光速的60%之后，在穿越非肿瘤组织的路径上，只会释放出少许的能量，直到要治疗的部位才涌现出大批能量。
适应对象：
重离子亦是放射性治疗的一种，在日本已经技术非常成熟，这疗法是用碳元素或是氖元素的带电粒子，经由医用加速装置使其速度达到光速的70%左右或更高，针对癌症病巢加以攻击，为先端医疗的一种。重粒子线可选择性地对肿瘤细胞集中照射，精准消灭肿瘤细胞，对于正常细胞的影响小，对于神经、血管、心脏等部位。传统放射疗法治疗在穿透人体表潜组织时能量最强，但到达深度肿瘤时能量已经转弱，不仅治疗效果无法达到预期，常常也会影响到正常组织，患者也常有表皮肌肉纤维化，身体出现不适等副作用，如果改用中子线或重粒子线来加以治疗，因仅对癌细胞进行集中照射，对周围正常细胞的损伤达到最小，对患者的身体负担也较小。
重粒子射线对肿瘤细胞具有极强的杀伤力，普通的放射线只能够使肿瘤细胞的DNA双螺旋结构的单键受损，而使用医疗加速装置使重粒子射线加速到接近光速，让癌细胞在被接触时能够因为受到巨大能量而使其DNA双链全部断裂，以致无法自我修复，达到消灭癌细胞的作用。重粒子射线的癌细胞杀伤力是质子射线、Ｘ射线和伽玛射线的2~3倍左右，特征是一次的照射就能获得很高的治疗效果。
传统光子线治疗如X射线进入人体时在皮肤附近释放的能量最高，进入人体后则会逐步降低能量，所以到达肿瘤时就不一定是能量最高杀伤力最强的时刻，达不到充分的治疗效果；而且射线会在穿透肿瘤后继续释放能量，损害周围的正常组织。
对比之下，质子重离子的粒子束可以经过对肿瘤所在位置深度的调节，在皮肤附近以及到达肿瘤之前抑制能量的释放，一旦到达肿瘤时便会瞬间释放大剂量的能量，经过肿瘤后又马上停止释放能量，形成名为“布拉格峰”的能量释放轨迹。
目前全球美国是拥有最多质子治疗中心的国家总共有27间。紧随其后就是日本拥有14间质子治疗中心，随后就是德国共有6间。而日本就是拥有最多重离子治疗中心的国家共有5间。