质子是氢原子剥去电子后带有正电荷的粒子，而重离子则是指碳、氖、硅等原子量较大的原子失去一个或几个电子后的粒子（放疗用的重离子一般指碳离子）。这些微小的带电粒子通过加速器加速后形成的粒子束，即质子或重离子射线。
质子重离子治疗能够取得更好的治疗效果，而且在治疗的过程中对人体组织的危害更小。其中质子治疗主要是破坏癌细胞的DNA单链，细胞还有修复的可能性。而重离子治疗主要是破坏DNA的双链，质子重离子治疗的毒副作用更小且能够更加精 准攻击肿瘤，使癌细胞得到更好的控制。
以上海市质子重离子医院为例，明确了以下几类不适用的情况：
1.非实体性肿瘤，如血液肿瘤（白血病）等；
2.肿瘤已发生多发远处转移的，且转移灶≥3个；
3.同一部分1年内接受过放射治疗或放射性粒子植入；
4.质子重离子医院暂未开通儿童（＜14周岁）肿瘤的质子重离子治疗。
