假如将X线比作篮球，那么质子线就是铅球，下面这张图形象的说明的质子的物理学特性，我们可以清晰的看到，质子线在红色肿瘤的位置释放大的能量之后迅速将剂量降为零，几乎不会损伤到后面的正常心脏组织，而X线照射的特点却是初进人体时剂量大，逐步衰减，如果肿瘤部位较深，可能X线在肿瘤部位的照射剂量仅剩50%左右，更为严重的是，X射线还会对肿瘤后面的正常心脏组织造成辐射伤害。因此，只要允许放射治疗的肿瘤都可以考虑质子治疗来将正常组织的伤害降到低。
质子是相对较重的带正电的粒子，它们在击中目标时停止。而X射线束由光子组成，光子是几乎没有质量的粒子，因此它们会一直穿过身体，包括健康的组织。
质子释放的能量是远远大于普通放疗中所使用的X射线的，X射线的能量为4~18MeV，而质子的能量为70~230MeV。
