对于有重要组织器官包绕的肿瘤，其它治疗方法束手无策，用质子治疗则显示出了其巨大的优越性，穿透性能强、剂量分布好、局部剂量高、旁散射少,半影小等独特特性优于任何一种放射治疗。
穿透性能强：质子束以高能高速进入人体，穿透力强，能量可以自由控制调节使射束达到人体组织任意深度。
剂量分布好：高辐射剂量集中于肿瘤部位，肿瘤后面与侧面的正常组织区域几乎无剂量分布，肿瘤前面的正常组织也仅有极小剂量。利于保护周边正常组织不受损伤。
局部剂量高：Bragg峰的优越物理学特性使质子束在组织内局灶高能释放，对肿瘤及病变组织实施精确范围最大杀伤。
旁散射少,半影小：由于质子的质量大，在物质内散射少，在照射区周围只有很小的半影，因此减少了周边正常组织的照射剂量。

普通放疗对周边正常组织有一定的照射剂量(左图) 质子治疗只在肿瘤病变部位释放出最大能量(右图)

绿色范围为高剂量照射区。质子(左)、三维光子(中)和普通放疗(右)比较,用质子射束进行治疗时,肿瘤受照射范围最集中,更多地保护周边正常组织不受伤害。

传统的放射治疗方法，肿瘤周围的健康组织也会受到一定的放射线照射，由于正常组织对射线有一定的耐受量，限定了肿瘤治疗的安全剂量，该安全剂量难以达到完全杀死肿瘤组织。质子治疗时肿瘤前端的组织仅受到极小量的照射，对肿瘤后面和侧面的正常组织照射为零，几乎不会损伤正常组织，使肿瘤靶区的放射剂量达到峰值，从而对肿瘤组织施以足够的打击。这种立体的精确”定向定点爆破”技术保证了质子治疗的精确度，医生可以精确控制其所到达的部位，将所含的能量全部用于杀死肿瘤细胞而保护周边正常组织不受伤害。提高了疗效和治愈率，这是传统放疗技术无法达到的。

红色范围为高剂量照射区。X线\\光子治疗时（A图）：射束在入射前方对正常脑组织有较大照射，而病灶区照射剂量跟不上，病灶区后方亦有照射；质子射束进行治疗时（B图）：入射前方只有低剂量照射，肿瘤受照射范围集中，更多地保护周边正常组织不受伤害，病灶区后方无照射

红色范围为高剂量照射区。X线\\\\光子治疗时（A图）：射束在入射前方对正常组织有较大照射，而病灶区照射剂量跟不上，病灶区后方亦有照射；质子射束进行治疗时（B图）：入射前方只有低剂量照射，肿瘤受照射范围集中，更多地保护周边正常组织不受伤害，病灶区后方无照射

红色范围为高剂量照射区。质子射束进行治疗时（A图）：入射前方只有低剂量照射，肿瘤受照射范围集中，更多地保护周边正常组织不受伤害，病灶区后方无照射；X线\\光子治疗时（B图）：射束在入射前方对正常脑组织有较大照射，而病灶区照射剂量跟不上，病灶区后方亦有照射

红色范围为高剂量照射区。在对脊髓部位进行质子治疗时（A图）：肿瘤受照射范围集中，更多地保护周边正常组织不受伤害，病灶预防照射区后方正常组织无射束照射；X线\\光子治疗时（B图）：射束在入射前方对正常组织有较大照射，而病灶区照射剂量跟不上，病灶区后方亦有较大照射

质子治疗可对很小的病灶进行治疗(图A、B、D)，也可对很大的病灶进行治疗(图E、F)

质子治疗可以对很小的病灶进行治疗(图A、B、D)，也可对很大的病灶进行治疗(图E、F)



质子束的这种优越特性及质子治疗技术的先进性是目前其他放射治疗技术不可比拟的。适用于各种良恶性肿瘤的放射治疗，尤其适用于眼部肿瘤的治疗、较大体积的深部肿瘤的治疗和对常规辐射(光子射线X射线、电子射线及伽玛射线)敏感性差的肿瘤的治疗等。但由于该设备昂贵，技术含量高，目前只在少数先进国家的大型实验室拥有该技术。