适宜接受质子刀治疗的癌症有：儿童癌症、脑、眼眶和颅底肿瘤、前列腺癌（早期）、乳腺癌、中期不能手术的肺癌、腹腔肿瘤、胸腔癌、软组织肉瘤等。特别引人关注的是质子治疗儿童脑瘤患者。儿童癌症患者同样适合质子刀治疗。
在儿童恶性肿瘤的治疗中，药物的研发是一个短板。目前针对儿童患者的抗肿瘤药物几乎没有，一是因为病人总体数量太少，药厂不愿投入研发经费；还有就是由于法规的限制，导致一些效果较好的药物，不能在患儿身上做临床试验。
质子到可能是对儿童癌症好的放疗手段。受益于质子刀的特性：质子射线在穿透人体的过程中其能量释放曲线可以形成布拉格峰。只要适当调整加速质子到达病人的能量，可以使质子的绝大部分能量释放在肿瘤细胞处，尤其是布拉格峰后的剂量急剧减少，几乎为零。
因为儿童的正常组织受到辐射可能对导致生长发育出现异常，甚至会因辐射而诱发新的癌症。因此，质子刀的正常组织低辐射特性对儿童特别有利。
