粒子线分为质子线和重离子线。这些带有电荷的粒子线的特性是在一定的深度能够发挥最强的作用，而超过一定深度则无法再继续深入。因此，质子线与重离子线更容易把效果集中在癌病灶上，而对比癌病灶更深的部位则不会造成影响。
～质子线・重粒子线的2种粒子线的比较～
粒子线治疗分有质子线和重粒子线。重粒子线被称之为碳素离子线。质子线是「轻的」粒子，重粒子线是「重」粒子。在身体中有某种程度推进之后，会给予周围急剧的高能量，拥有在高能量处消灭癌细胞的性质。
利用这一性质只给予病灶部位周围高的能量、能够对人体内通道给予少量能量进行调整。同样物理剂量相对比的场合，生物实验的治疗效果是，质子线的场合约是X线的1.1倍，重粒子线约是3倍这样的结果被告出。
质子线与原来的γ线、X线等细胞致死的效果几乎相同，但剂量的集中性更为优越。有发表称质子根据癌治疗的部位与TomoTherapy的治疗效果・侵袭几乎相同。
重粒子线停止位置的偏差和横方向扩展与质子线相比也少，细胞致死的生物效果约是质子线3倍更高，可以一边避开神经组织和重要内脏器官一边进行精密的治疗。另外，对氧浓度低的肿瘤也具有非常好的疗效的特征。 顺便一提，剂量的集中性的优越体现在因能以mm单位攻击病灶所以十分优越。但是，因为高额问题所以世界普遍性导入的设备台数少也是问题。
质子线治疗
| 剂量的集中性 | 与普通的X线相比因剂量的集中性更为优越、所以对周围正常的内脏器官的损害能够明显减轻 |
|---|---|
| 细胞的杀伤效果 | 与普通的X线相同 |
| 氧气浓度低对癌症的效果 | 与普通的X线相同 |
| 放射线抵抗性对癌症的效果 | 与普通的X线相同 |
| 分割照射次数 | 通比普通X线照射次数少 |
重粒子线治疗
| 剂量的集中性 | 与质子线相比集中性更为优秀 |
|---|---|
| 细胞的杀伤效果 | 约是质子线的3倍的效果 |
| 氧气浓度低对癌症的效果 | 比普通的X线更有效果 |
| 放射线抵抗性对癌症的效果 | 比普通的X线更有效果 |
| 分割照射次数 | 与质子线相比照射次数更少 |