เครื่องเร่งอนุภาคโปรตอน ใช้สำหรับการรักษาโรคมะเร็งด้วยการฉายรังสีระยะไกลด้วยอนุภาคโปรตอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีมวลและประจุ (Charged Particles) โดยมีคุณสมบัติเด่นที่เรียกว่า Bragg peak ซึ่งมีอานุภาพในการทะลุผ่านร่างกายที่ต่ำกว่ารังสีเอกซ์ จึงไม่ทะลุผ่านเนื้องอก ดังนั้นจึงสามารถถ่ายเทพลังงานเพื่อทำลายเนื้องอกหรือเซลล์มะเร็งได้เป็นอย่างดี โดยเนื้อเยื่อหรืออวัยวะปกติที่อยู่บริเวณข้างเคียงเนื้องอกในระหว่างทาง จะได้รับพลังงานน้อยกว่า จึงเสียหายหรือถูกทำลายด้วยอนุภาคโปรตอนน้อยกว่า นอกจากนี้เครื่องเร่งอนุภาคโปรตอน ยังสามารถปรับขนาดและความเข้มของลำรังสีได้อย่างละเอียด ทำให้สามารถยิงลำรังสีโปรตอนเข้าไปยังเนื้องอกได้อย่างแม่นยำ ดังนั้นจึงสามารถทำลายเนื้องอกหรือเซลล์มะเร็งได้อย่างแม่นยำสูงสุดในขณะที่อวัยวะปกติบริเวณข้างเคียงนั้นจะได้รับปริมาณรังสีน้อยที่สุดหรือไม่ได้รับเลย ดังนั้นจึงทำให้การรักษาผู้ป่วยมะเร็งด้วยการฉายรังสีมีประสิทธิสูงสุดและลดผลข้างเคียงจากการรักษาได้มากยิ่งขึ้น