โปรตอนเป็นอนุภาคที่ได้จากเครื่องเร่งอนุภาคไซโคลตรอน ซึ่งสามารถมุ่งเป้าในการรักษาได้ด้วยการกำหนด ทิศทางเข้าไปยังก้อนมะเร็งได้อย่างตรงจุดมากยิ่งกว่ารังสีปกติ ทำให้เนื้อเยื่อที่อยู่โดยรอบก้อนมะเร็ง ทั้งส่วนหน้าและส่วนหลังจะได้รับปริมาณรังสีที่น้อยหรือแทบไม่โดนรังสี ผลกระทบจากรังสีตกค้างในร่างกายจึงมีผลดีกว่ารูปแบบอื่น การรักษาด้วยอนุภาคโปรตอน แพทย์มักจะเลือกใช้รักษามะเร็งในส่วนที่ก้อนเนื้อใกล้เคียงกับอวัยวะสำคัญ หรืออวัยวะที่สัมผัสรังสีไม่ได้ เช่น ผู้ป่วยมะเร็งในเด็ก (อวัยวะบอบบาง) มะเร็งกระดูกฐานกะโหลกศีรษะ มะเร็งบริเวณไซนัส มะเร็งตับ สมอง ศีรษะ ไขกระดูก ลำคอ จมูก เป็นต้น อีกทั้งยังเป็นนวัตกรรมที่สามารถรักษาผู้ป่วยได้ทุกเพศ ทุกช่วงวัย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในผู้ป่วยเด็ก เพราะรังสีที่ตกกระทบอวัยวะปกติข้างเคียงมากเกินไปจากการรักษาด้วยรังสีปรับความเข้ม ย่อมมีผลต่อพัฒนาการและการเจริญเติบโตของเด็ก

โรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์ สภากาชาดไทย เป็นแห่งเดียวในประเทศไทยและแห่งแรกในภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ที่มีเครื่องรักษาผู้ป่วยด้วยอนุภาคโปรตอน เนื่องจากเครื่องมีราคาสูงถึง 3,500 ล้านบาท ค่าบำรุงรักษา 100 ล้านบาทต่อปี และต้องอาศัยบุคลากรทางการแพทย์ที่มีความเชี่ยวชาญเฉพาะทางศูนย์แห่งนี้สามารถรองรับผู้ป่วยได้ประมาณ 25 รายต่อวัน ค่าใช้จ่ายการรักษาสูงกว่าการฉายรังสีถึง 10 เท่า การรักษาด้วยโปรตอนประมาณ 45,000 บาท/ครั้ง ผู้ป่วยฉายรังสีประมาณ 5-30 ครั้ง ขึ้นอยู่กับโรคแต่ละราย เฉลี่ยค่าใช้จ่าย 1-2 ล้านบาท/ราย