Radioterapia jest metodą leczenia nowotworów, w której wykorzystane zostaje oddziaływanie promieniowania jonizującego z atomami materii, w tym przypadku z atomami wchodzącymi w skład organizmu. W wyniku tego oddziaływania dochodzi do uszkodzenia komórek, a nawet ich śmierci. Zjawisko to jest korzystne, jeżeli dotyczy nowotworu, natomiast jeżeli występuje w tkankach prawidłowych, skutkuje rozwojem powikłań, które niekorzystnie wpływają na jakość życia.

Powszechnie stosowana radioterapia wykorzystuje wiązkę fotonową uzyskiwaną w liniowych przyspieszaczach. Zastosowanie zaawansowanych nowoczesnych technik radioterapii wprawdzie umożliwia uzyskanie konformalnego rozkładu dawki, jednak nie wpływa istotnie na ograniczenie ryzyka rozwoju powikłań. Natomiast użycie wiązki protonowej w radioterapii pozwala na ograniczenie dawki w tkankach zdrowych znajdujących się w sąsiedztwie leczonego nowotworu. Jest to skutkiem charakterystycznego deponowania energii przez wiązkę protonową (tzw. krzywa Bragga), które polega na przekazaniu maksymalnej energii pod koniec zasięgu wiązki, zależnego od jej energii początkowej.